فرآیند نیتروژن دهی پلاسمایی در فولاد قالب تزریق پلاستیک

A Study on Formation and Growth Mechanism of

Nitride Layers During Plasma Nitriding Process of

Plastic Injection Mold Steel

تحقیق روی مکانیزم رشد و تشکیل لایه های نیتریدی

حین فرآیند نیتروژن دهی پلاسمایی در فولاد قالب تزریق پلاستیک

ABSTRACT

Ion nitriding modifies composition of surface layer in steel used in plastic mold application and this consequently improves their lifecycle. In this study, pulsed plasma nitriding technique was used to produce a protecting hard layer on AISI P20 steel at three process temperatures of 450°C, 500°C, and 550°C for durations of 2.5, 5, 7.5, and 10 h at a constant gas mixture of 75% N2–25% H2. Surface morphology was studied by optical and scanning electron microscope and the phases formed on the surface layer were determined by X-ray diffraction (XRD). Elemental depth profile was measured by techniques including energy dispersive spectroscopy, wavelength dispersive spectrometer, and glow discharge spectroscopy and for identifying hardness profile, microhardness variations from surface to core of samples were recorded. Results showed that, thickness of compound layer of plastic mold steel AISI P20 was negligible. Moreover in ion nitriding of AISI P20, nitride were formed and grown in some preferred directions and upward diffusion of carbon and downward diffusion of nitrogen occurred during ion nitriding of AISI P20. XRD results showed that, ϵ-nitride is the dominant phase after plasma nitriding in all strategies. Furthermore, ion nitriding improved hardness of AISI P20 up to three times and as time and temperature increased, hardness and hardness depth of diffusion zone increased considerably.

  

 جهت دانلود رایگان نسخه لاتین این مقاله اینجا کلیک کنید .

چکیده

نیتریده کردن یونی ترکیب لایه سطحی را در فولاد مورداستفاده در کاربرد قالب ریخته گری را تغییر می دهد و درنتیجه طول عمر آن ها را بهبود می بخشد. در این تحقیق، روش پلاسما نیتریده کردن پالسی برای تولید لایه سخت محافظتی روی فولاد AISI20 در سه دمای C°450، C°500 و C°550 به مدت 2.5، 5، 7.5 و 10 ساعت در ترکیب ثابت گازی 75%N2-25%H2 استفاده شد. مرفولوژی سطحی توسط میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مطالعه شد و فازهای تشکیل شده رو لایه سطحی توسط پراش اشعه ایکس (XRD) تعیین شدند. پروفیل عمق عنصری توسط روش هایی شامل EDS، WDS و GDS اندازه گیری شدند و برای شناسایی الگوی سختی متغیرهای ریزسختی از سطح تا عمق نمونه ها ثبت شدند. نتایج نشان دادند که ضخامت لایه ترکیبی فولاد قالب پلاستیک AISI P20  ناچیز بود. به¬علاوه در نیتریده یونی AISI P20 نیترید در برخی جهت های ترجیحی تشکیل شدند و نفوذ به سمت بالای کربن و نفوذ به سمت پایین نیتروژن حین نیتریده کردن یونی AISI P20  رخ داد. نتایج XRD نشان داد که نتیرید ε فاز غالب پس از پلاسما نیتریده کردن در همه استراتژی ها است. به علاوه، نیتریده کردن یونی سختی AISI P20 را تا 3برابر افزایش داد و با افزایش زمان و دما سختی و عمق سختی منطقه نفوذی به مقدار قابل توجهی افزایش یافت.