تاثير هندسه قطعات بر رفتار نيتروژن دهي پلاسمايي به روش معمولي و توري فعال در فولاد گرم كار AISI H13

Effect of Components Geometry on the Conventional and Active Screen Plasma Nitriding Behavior of AISI H13

اين مقاله به تاثير پارامترهاي نيتروژن دهي، فركانس و چرخه كاري بر قطعات با هندسه پيچيده در دو روش نيتروژن دهي پلاسمايي معمولي و نيتروژن دهي پلاسمايي با توري فعال مي‌پردازد. در اين پژوهش عمليات نيتروژن دهي در دماي °C 500، چرخه هاي كاري 40%، 60%، 80% و فركانس‌هاي 8 و 10 كيلو هرتز روي نمونه هاي شيار دار از جنس AISI H13 با ضخامت‌هاي شيار 2، 4، 6، 8، 10 ميلي متر به مدت 5 ساعت به دو روش معمولي و توري فعال انجام گرفت. تمامي نمونه هاي عمليات شده به كمك آزمايش‌هاي متالوگرافي، ريز سختي سنجي، زبري سنجي، ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) و آناليز پراش اشعه ي ايكس (XRD) مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج آزمايش نشان دادند كه زبري و سختي سطح در هر دو روش با افزايش چرخه كاري زياد مي‌شود. در روش نيتروژن دهي پلاسمايي معمولي در چرخه كاري 80% و با ضخامت شيار 2 ميلي متر پديده كاتد توخالي رخ مي دهد كه منجر به بيش گرمايش نمونه شده و در نتيجه، باعث افزايش زبري سطح و كاهش سختي سطح مي‌شود. اين پديده در روش نيتروژن دهي پلاسمايي به روش توري فعال رخ نمي دهد. ريخت شناسي سطح نمونه هاي نيتروژن پلاسمايي شده به روش معمولي شامل ذرات گل كلمي شكل مي‌باشد. در حالي كه نمونه هاي نيتروژن دهي پلاسمايي شده به روش توري فعال از ذرات نيتريدي به شكل هگزاگونال با توزيع يكنواخت پوشيده شده‌اند. هم چنين، نتايج XRD نشان داد كه در هر دو روش نيتروژن دهي پلاسمايي روي كليه سطوح فازهاي ? و ?? تشكيل مي‌شود.

In this research, the effects of plasma nitriding parameters including frequency and duty cycle were investigated on samples with different grooves in the two method conventional plasma nitrided (CPN) and active screen plasma nitrided (ASPN). The samples with thicknesses of the grooves of 2, 4, 6, 8 and 10 mm were nitrided under the atmosphere content of 75%H2-25%N2, The temperature of 500 , the duty cycles of 40%, 60%, 80%, and the frequencies of 8, 10 kHz for 5 hours. Then the properties of the nitrided samples were investigated by SEM, XRD, Micro Hardness, and Roughness measurements. The results of the experiments indicated that with increasing frequency, the duty cycle, and the thickness of the grooves, the roughness of the surfaces increased in both methods. Hallow cathode effect occurred at the sample with 2 mm width groove, in the CPN method, leading to the overheating of the sample. The surface morphology of the CPN treated samples consists of cauliflower shape surface nitrides while the surface of the ASPN samples are covered by the hexagonal particles with uniform distribution. Also, it was found that, the compound layer of the treated samples in two method nitriding consisted of ??: Fe4N and ?: Fe2-3N phases.