بررسي سينتيك تشكيل پوشش كاربيد واناديوم بر روي فولاد ابزار D2 به روش نفوذ فعال حرارتي (TRD) با استفاده از حمام نمك بوراكس

An investigation on the kinetics of Vanadium carbide coating on the surface of AISI D2 steel by Thermo reactive diffusion (TRD) treatment using a borax molten bath

فولادهاي ابزار سردكار AISI D2 معمولا در شرايطي به كار مي روند كه سختي و مقاومت به سايش بالا مورد نياز باشد. به منظور بهبود سختي سطحي اين دسته از فولادها بعضا مورد عمليات پوشش دهي به روش TRD قرار ميگيرند. با توجه به شرايط و مكانيزم حاكم بر سايش خستگي غلتكهاي نورد ازجنس فولاد D2 افزايش سختي سطحي غلتكها از اهميت قابل توجهي برخوردار است. در تحقيق حاضر سينتيك تشكيل پوشش كاربيد واناديوم بر روي فولاد ابزار AISI D2 با استفاده از روش غوطهوري در حمام نمك بوراكس همزمان با انجام عمليات حرارتي بر روي فولاد مذكور اعمال گرديد و تاثير پارامترهاي دما و زمان در تركيب شيميايي ثابت حمام نمك مذاب بر مشخصات پوشش مورد بررسي قرار گرفته است. حمام نمك مذاب با تركيب بوراكس، پودر فرو واناديوم، پودر آلومينيوم و اسيد بوريك انتخاب شد. فرآيند عمليات پوششدهي و حرارتي نمونه ها شامل عمليات پيشگرم كردن نمونه ها در دماي 500 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت، ورود نمونهها به حمام نمك بوراكس جهت ايجاد پوشش در دماهاي 900 درجه سانتيگراد و 950 درجه سانتيگراد و 1000 درجه سانتيگراد براي مدت زمانهاي معين، عمليات آستنيته كردن نمونهها در دماي 1070 درجه سانتيگراد به مدت 30 دقيقه و دو مرحله برگشت دادن نمونهها در دماهاي 560 درجه سانتيگراد و 530 درجه سانتيگراد به مدت 2 ساعت، انجام شد. پس از انجام سيكل عمليات پوششدهي و حرارتي ميكرو سختي سطح نمونه ها در محدوده 2300 تا 3200 ويكرز و ماكروسختي نمونه ها در محدوده 61-59 راكول سي مشخص شد. آناليزساختاري پوشش توسط دستگاه پراش اشعه ايكس (XRD) نشان داد كه نوع كاربيد واناديوم تشكيل شده در پوشش V8C7 ميباشد. نهايتا با استفاده از منحنيهاي نرخ رشد پوشش، سينتيك رشد لايه پوشش نيز مورد بررسي قرار گرفت. نتايج بدست آمده حاكي از آن است كه سرعت رشد لايه پوشش از نوع كنترل نفوذي بوده و از يك رابطه پارابوليكي پيروي ميكند. انرژي فعال سازي تشكيل پوشش به روش حمام مذاب بوراكس ، 114/5kJ/mol مي باشد.

AISI D2 cold work tool steel is usually used for the purpose of hardness and wear resistance. Thermo reactive diffusion coatings (TRD) treatment is usually applied to this type of tool steels to improve the surface hardness. Since the Rollers made D2 tool steels are susceptible to wear Fatigue, its surface hardness is of critical importance. In this work, a vanadium carbide coating was applied to the D2 tool steel samples by immersion in Borax liquid bath containing Ferro vanadium, Aluminum and boric acid. Coating process & hardening heat treatment were carried out simultaneously as follows: Firstly the Samples were preheated up to 500 °C and then TRD coating was performed on the samples at version temperatures for different times. Finally a specific Mar tempering treatment route was carried out the samples. The surface hardness of coated sample was evaluated as 2300-3200 HV at various conditions while the hardness of the bulk was measured as (59-61) HRC. XRD analysis of coating showed that main component was vanadium carbide (V8C7). Finally the kinetic of coating was studied based on determined rate curves.