تاثير فركانس و چرخه كاري در نيتراسيون پلاسمايي بر خواص سطحي فولاد گرم كار AISI H13

The Effect of Frequency and Duty Cycle Plasma Nitriding on the Surface Characteristics of Hot Work Steel AISI H13

اين مقاله به بررسي تاثير پارامتر هاي نيتروژن دهي پلاسمايي شامل فركانس و چرخه كاري (Duty Cycle) بر قطعات با شيار هاي مختلف مي‌پردازد. نمونه‌ها با اتصال يك بلوك فلزي داراي شيار هاي منظم با ضخامت‌هاي 2، 4، 6، 8 و 10 ميلي متر، پهناي 20 ميلي متر و عمق 40 ميلي متر به يك تسمه فولادي از جنس 2344/1DIN فولاد گرم كار به ابعاد 30×40×60 ميلي متر مكعب تهيه شده اند. سپس نمونه هاي تهيه شده تحت اتمسفر حاوي N2 %25-H2 %75، در دمايC ? 500، در چرخه هاي كاري 40%، 60% و 80% و فركانس‌هاي 8 و 10 كيلوهرتز به مدت 5 ساعت نيتروژن دهي پلاسمايي شد. سپس خواص سطوح شيارها توسط آزمايشات SEM، XRD، ريز سختي سنجي و زبري سنجي مورد بررسي قرار گرفت. نتايج آزمايشات نشان داد كه سطح كليه نمونه هاي نيتروژن دهي پلاسمايي شده به وسيله ذرات نيتريدي گل كلمي شكل پوشيده شده است. تشكيل اين ذارات نيتريدي گل كلمي شكل ناشي از كندوپاش سطح طي فرآيند است. با افزايش ضخامت شيار، فركانس و چرخه كاري، زبري سطوح افزايش مي‌يابد. همچنين ريز سختي سطح با افزايش ضخامت شيار و چرخه كاري افزايش مي‌يابد كه علت آن افزايش در صد رسوبات نيتريدي تشكيل شده در سطح مي‌باشد. اثر پديده كاتد توخالي در شيار 2 ميلي متر و چرخه كاري80% در روش نيتروژن دهي پلاسمايي معمولي (CPN) اتفاق مي‌افتد كه اين امر موجب بيش گرمايش نمونه‌ها شده و باعث افزايش زبري و كاهش سختي سطح مي‌شود. نتايج آناليز تفرق اشعه ايكس نشان داد كه در سطح كليه نمونه‌ها فازهاي: Fe4N ?? و ?: Fe2-3N تشكيل مي‌شود. كاهش چرخه كاري و افزايش ضخامت شيارها باعث افزايش نسبت فاز ? به ?? مي‌شود.

In this research, the effects of plasma nitriding parameters including frequency and duty cycle investigated on samples with different grooves. Sample assemblies consisting of rectangular grooved steel blocks with groove dimensions of 2, 4, 6, 8 and 10(T) ×40(H) ×20(L) ?mm?^3 and DIN/2344 steel plate (substrates) with dimensions of 30×40×60? mm?^3, then were prepared the sample assemblies were nitrided under the atmosphere content of 75%H2-25%N2, at temperature of 500 c, duty cycles of 40%, 60% and 80% and with frequencies of 8 and 10 kHz for 5 hours. Then the property of grooves surfaces investigate by experiments of the SEM, XRD, Roughness and Micro Hardness measurement. The results of the experiments showed that the surface of the plasma nitriding samples are covered by cauliflower form of particles that formation of this particles in plasma nitriding samples are due to sputtering of the surface during the process. With increasing thickness of the groove, frequency and duty cycle, roughness of surfaces raise. Also micro hardness rise with increasing the thickness of the groove and duty cycle resulting from the increase in percent of deposition particle nitride. . Hollow cathode phenomena occurred in sample with 2mm groove and 80% duty cycle in CPN. This will result in over heating of the sample which leads to a decrease hardness of the surface and an increasing in the Roughness of the surface. Also the results of the experiments XRD showed that, in the surface all of the samples form of ??: Fe4N and ?: Fe2-3N phases which proportion of ? to ?? increased by decreases duty cycle and increase the groove width.