نیتروژن دهی پلاسمایی فولاد ضدزنگ سوپرمارتنزیت

Plasma nitriding of HP13Cr supermartensitic stainless steel

نیتروژن دهی پلاسمایی فولاد ضدزنگ سوپرمارتنزیت HP13Cr

ABSTRACT

Supermartensitic stainless steels (SMSS) are commonly employed in the oil exploitation industry and present a good balance between the necessary physical and chemical properties and financial costs. Certain applications, such as in extreme corrosive and abrasive environments, demand improvements in the surface properties of these steels. In the present work, HP13Cr SMSS with a fully martensitic microstructure were plasma nitrided in the 350–450 °C range. The high diffusivity and low solubility of nitrogen in the martensitic structure allowed the production of thick layers (16–61 μm) containing ɛ-Fe2–3N, γ′-Fe4N and expanded phase (αN) in all the temperatures. In addition, anisotropic sputtering rate and N-diffusion were observed for different grain orientations. Mechanical properties were measured by instrumented indentation, appropriately corrected from roughness effects on the results. Hardness profiles increased from 3.8 GPa (bulk) to ∼14 GPa (near surface region) in all the working temperatures, whereas the elastic modulus was 230 GPa, presenting no statistically significant differences with respect to the bulk value. Nanoscratch tests revealed a hardened-ductile like behavior of these nitride layers. The surface tribo-mechanical behavior was correlated with elastic–plastic responses of the precipitate-containing texturized layers. Results are interpreted in light of the effectiveness of plasma nitriding to modify the surface properties of SMSS.

   

 جهت دانلود رایگان نسخه لاتین این مقاله اینجا کلیک کنید .

چکیده

فولاد ضدزنگ سو پرمارتنزیت (SMSS) معمولا در صنعت استخراج روغن به کارگرفته می شود و یک توازن خوب بین خواص فیزیکی و شیمیایی و هزینه اقتصادی  نشان می دهد. کاربردهای خاص، مانند محیط های خیلی خوردنده و خیلی ساینده، نیاز به بهبود خواص سطحی این فولادها دارند.  در این فعالیت، HP13Cr SMSS با ریزساختار کاملا مارتنزیتی در محدوده دمایی C°450-350 توسط پلاسما نیتروژن¬دهی شدند. نفوذپذیری بالا و حلالیت کم نیتروژن در ساختار مارتنزیتی اجازه تولید لایه های ضخیم (μm61-16) شامل فازهای Fe2-3N، γʹ-Fe4N و فازهای وسیع (αN) را در همه دماها می دهد. به علاوه، سرعت آنیزوتروپ کندوپاش و نفوذ N برای جهت گیری دانه های مختلف مشاهده می شود. خواص مکانیکی با دندانه کردن توسط دستگاه اندازه گیری شد ) تاثیرات زبری روی نتایج به مقدار کافی فرونشانده شده است(. الگوهای سختی از مقدار GPa3.8 برای بالک تا GPa14 در نزدیکی سطح در همه دماهای کاری افزایش یافت، درحالی که، مدول الاستیک GPa230 بود که تفاوت های آماری مهمی نسبت به مقدار بالک نشان نمی دهد. آزمون های نانوخراش رفتار چکش خواری سخت را برای لایه های نیتریدی نشان داد. رفتار مکانیکی مربوط به اصطکاک سطحی با پاسخ های الاستیک-پلاستیک رسوب شامل لایه های بافت دار شده همراه شده است. نتایج در نور اثربخشی نیتروژن دهی پلاسمایی تفسیر شدند تا خواص سطحی SMSS را بهبود بخشد.