عنوان پایان‌نامه
مهندسی سطح دوتایی فولاد با استفاده از فرایند نیتروژن دهی و کرم دهی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: TN 877;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48244
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۸۹
- دانشجو
- فریال حکمی
- استاد راهنما
- جعفر راثی زاده غنی, محمود حیدرزاده سهی
- چکیده
- در این تحقیق امکان ایجاد پوشش های نیترید کرم، بر روی فولادهای AISI 1045 از طریق عملیات دوتایی کرم دهی - نیتروژن دهی و نیتروژن دهی- کرم دهی بررسی شد. بدین منظور ابتدا تعدادی از نمونه ها کرم دهی و سپس نیتروژن دهی پلاسمایی شدند و تعداد دیگری ابتدا نیتروژن دهی پلاسمایی و سپس کرم دهی شدند. همچنین جهت بررسی اثر دمای نیتروژن دهی پلاسمایی بر خواص سطحی، نیتروژن دهی پلاسمایی نمونه ها در دو دمای مختلف انجام شده است. عملیات کرم دهی در دمای C° 1000 به مدت 5 ساعت، به روش پودری جامد انجام گرفت. مخلوط پودری حاوی فروکرم کم کربن، آلومینا و کلرید آمونیم بود. عملیات نیتروژن دهی پلاسمایی در دو دمای C°530 و C°550 به مدت 5 ساعت در ترکیب گازی 75%N2+25%H2 انجام شد. خواص لایه سطحی تشکیل شده به وسیله میکروسکوپ نوری و الکترونی، پراش سنجی پرتو ایکس، ریز سختی سنجی و آزمایش سایش پین بر روی دیسک مطالعه شد. ضخامت لایه کرم دهی شده حدود m µ 8 و لایه نیتروژن دهی شدهm µ 7 بود، که بعد از عملیات دوتایی ضخامت لایه حاصل افزایش یافت. نتایج حاصل از پراش سنجی پرتو ایکس نشان دهنده تشکیل کاربید کرم و کاربید آهن در نمونه کرم دهی شده و نیتریدهای آهن در نمونه های نیتروژن دهی شده بود. در سطح نمونه های تحت عملیات دوتایی نیز نیترید کرم و نیترید آهن تشکیل شد. افزایش دمای نیتروژن دهی موجب تغییر نوع نیترید کرم تشکیل شده در لایه دوتایی شد. در سطح نمونه های کرم دهی- نیتروژن دهی شده و نیتروژن دهی- کرم دهی شده در دمای نیتروژن دهی C°530، Cr2N و در دمای C° 550، CrN تشکیل شد. با این تفاوت که مقدار نیترید کرم در نمونه هایی که ابتدا کرم دهی شده اند، بیشتر شد. سختی سطح لایه پوششی نمونه ها تحت عملیات دوتایی، حدود 1540 ویکرز برای نمونه هایی که ابتدا کرم دهی شده اند و 1420 ویکرز برای نمونه هایی که ابتدا نیتروژن دهی شده اند، بود که بسیار بیشتر از سختی سطح نمونه های کرم دهی شده (1270 ویکرز) یا نیتروژن دهی (700 ویکرز) شده بود. علت اصلی افزایش سختی می تواند تشکیل فازهای نیترید کرم و نیترید آهن در لایه دوتایی باشد. عملیات دوتایی کرم دهی- نیتروژن دهی منجر به تشکیل لایه ای با سختی بالاتر در مقایسه با عملیات دوتایی نیتروژن دهی- کرم دهی شد. نیتروژن دهی نمونه های کرم دهی شده باعث کاهش نرخ سایش (حدود نصف) نسبت به نمونه های کرم دهی شده، شد. علیرغم سختی بالاتر نمونه های نیتروژن دهی- کرم دهی شده در مقایسه با نمونه های نیتروژن دهی شده، عملیات دوتایی در این مورد موجب افزایش نرخ سایش درحدود دو برابر شد. کلمات کلیدی: کرم دهی، نیتروژن دهی، عملیات دوتایی، نیترید کرم، فولاد.
- Abstract
- In this work, AISI 1045 steel were duplex treated via plasma nitriding of chromized layer and post chromizing of nitrided layer. A group of samples were pack chromized by using a powder mixture consisting of ferrochromium, ammonium chloride and alumina at 1000 ?C for 5 hours. These samples were then plasma-nitrided for 5 h at 530 ?C and 550 ?C, in a gas mixture of 75%N2+25%H2. A reverse duplex treatment was also performed on another group of the samples. The treated specimens were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD) analysis, and Vickers micro-hardness and wear tests. The thickness of chromized layer before nitriding was about 8 µm which was increased after plasma nitriding. The thicknesses of the white layers were around 7 µm and 10 µm for the sample that had been nitrided at 530 ?C and 550 ?C, respectively. After post chromizing, the thicknesses of these layers increased to 13 µm and 15 µm, respectively. According to XRD analysis, the chromized layer was composed of chromium and iron carbides. Post plasma nitriding of chromized layer and post chromizing of nitrided layer, both, resulted in the formation of chromium and iron nitrides and carbides. Increasing of the nitriding temperature from 530 ?C to 550 ?C enhanced the formation of another complex of chromium nitrides in the duplex treated layer and increased the thickness of the layer. The amount of chromium nitride phase in duplex treated layer was higher in the samples which had been initially chromized. The hardness of the duplex layers was significantly higher than the hardness of the single nitrided layer or chromized layer. The main cause of the large improvement in surface hardness was due to the formation of CrxN and FexN phases in the duplex treated layers. Post nitriding of chromized layer decreased the wear rate. However, post chromizing of the nitrided specimens showed higher wear rate than single plasma nitrided specimens. Key words: Chromizing, Nitriding, Duplex treatment, Chromium nitride, Steel.
