اثر نيتروژن دهي پلاسمايي بر ريزساختار، سختي و خواص كششي فولاد زنگ‌نزن آستنيتي AISI 316L

Effect of plasma nitriding on the microstructure, hardness and tensile properties of AISI 316L austenitic stainless steel

هدف از اين پژوهش بررسي اثر نيتروژن دهي پلاسمايي روي خواص مكانيكي حجمي شامل خواص كششي فولاد زنگ نزن آستنيتي AISI 316L (علاوه بر خواص سطحي) است. به اين منظور خواص كششي فولاد زنگ نزن 316L قبل و بعد از نيتروژن دهي پلاسمايي بررسي شده است. فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي در دو دماي ثابت 450 و ?C500 با تركيب گاز vol.%N2 25-vol.%H2 75 به مدت 5 ساعت انجام شد. جهت بررسي اثر فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي روي خواص كششي، از آزمون كشش ساده با سرعت mm/min 5 استفاده شد. براي بررسي سختي سطح از آزمون ريزسختي سنجي ويكرز با بارهاي 50، 100، 300 و 500 گرم نيرو استفاده شد. بررسي هاي ريزساختار مقطع عرضي به وسيله ميكروسكپ الكتروني روبشي و ارزيابي فازي به وسيله پراش سنج پرتو ايكس انجام شد. تغييرات غلظت نيتروژن در مقطع عرضي به روش نقطه اي با استفاده از طيف سنجي توزيع انرژي مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج نشان داد كه با انجام فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي در دماي ?C450، استحكام تسليم از 320 به 340 مگاپاسكال و استحكام كششي از 570 به 595 مگاپاسكال افزايش يافته است. علاوه براين، با افزايش دماي عمليات از 450 به ?C500، استحكام تسليم و استحكام كششي به‌ترتيب به 355 و 610 مگاپاسكال رسيد. همچنين عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي در دماي ?C450 باعث ارتقاي سختي سطح فولاد مذكور از 230 به حدود 1000 ويكرز شد. با افزايش دماي فرآيند از 450 به ?C500، سختي سطح به حدود 1250 ويكرز افزايش يافت. در مجموع، نيتروژن دهي پلاسمايي نه تنها خواص سطحي فولاد AISI316L را بهبود داده است، بلكه خواص حجمي را به ميزان قابل‌توجهي ارتقا داده است.

The aim of this study is investigating the effects of plasma nitriding on the bulk mechanical properties, including tensile properties of AISI 316L austenitic stainless steel (in adition to surface properties). In order to reach this goal, the tensile properties of 316L stainless steel have been studied before and after plasma nitriding process. Plasma nitriding process carried out at two constant temperatures of 450 and 500 ?C with gas composition of 75vol.%H2-25vol.%N2 for 5 hours. To evaluate the effect of plasma nitriding process on the tensile properties, a simple tension test was carried out at speed of 5 mm/min. To evaluate the surface hardness, the Vickers microhardness test was used with the indentation loads of 50, 100, 300 and 500 g.f. The microstructural study of the cross section and phase analysis were performed by scanning electron microscope and X-ray diffraction, respectively. Changes in nitrogen concentration in cross section were evaluated by energy dispersive spectroscopy. Results showed that the plasma nitriding process at 450 ?C increased the yield strength from 320 to 340 MPa and tensile strength from 570 to 595 MPa. Moreover, by increasing the temperature from 450 to 500 ?C, yield and tensile strengths were increased to 355 and 610 MPa respectively. The surface hardness enhanced from 230 to almost 1000 HV by plasma nitriding at 450 ?C. By elevating the process temperature from 450 to 500 ?C, hardness was increased to nearly 1250 HV. In overall, plasma nitriding not only improved surface properties but also enhanced bulk properties of AISI316L stainless steel significantly