بررسي تاثير نيتروژن دهي پلاسمايي برريزساختار و سختي فولادهاي ابزار گرم كار AISI H11 و قالب تزريق پلاستيك AISI P20

Investigation of the effect of time and temperature of plasma nitriding on the microstructure and growth of nitrided layer in hot working tool steel AISI H11 and plastic injection mould steel AISI P20

در اين تحقيق دو گروه نمونه از جنس فولاد ابزار گرم‌كار 11AISI H و فولاد قالب تزريق پلاستيك 20AISI P در دو دماي 500 و 550 درجه سانتي‌گراد، به مدت زمان 5 و 10 ساعت و تركيب گاز 2N75%-2H25% با استفاده از دستگاه نيتروژن‌دهي پلاسمايي پالسي جريان مستقيم نيتروژن‌دهي شدند. ضخامت منطقه نفوذي و لايه تركيبي، توسط ميكروسكوپ نوري و ميكروسكوپ الكتروني روبشي و فازهاي تشكيل شده در سطح به وسيله آناليز تفرق اشعه ايكس (XRD) بررسي شد. همچنين تغييرات ريزسختي از سطح به عمق نمونه‌ها اندازه گرفته شد. نتايج نشان مي دهد كه به دليل نوع ريزساختار زيرلايه و مسيرهاي نفوذي مناسب تر عنصر نيتروژن در فولاد 11AISI H نسبت به 20AISI P، همواره ضخامت لايه نفوذي و تركيبي تشكيل شده در فولاد 11AISI H بيش تر از فولاد20AISI P است. نتايج آناليز EDS ازلايه نيتريدي نشان داد كه حين نيتروژن دهي پلاسمايي فولاد 20AISI P نفوذ كربن به سمت سطح روي داده است ولي در نتايج EDS از لايه نيتريدي فولاد 11AISI H اين پديده مشاهده نشد. مطابق با نتايج نيم رخ سختي پس از نيتروژن‌دهي پلاسمايي، در يك عمق يكسان، فولاد 11AISI H ميزان سختي بالاتري نسبت به فولاد 20AISI P نشان داده است. بررسي‌هاي پراش اشعه ايكس(XRD) حاكي از آن است كه لايه نيتريدي در فولاد 11AISI H از دو فاز نيتريدي گاما پرايم(?´) و اپسيلن(?) تشكيل شده است اما در فولاد 20AISI P فاز نيتريد اپسيلن به عنوان فاز نيتريدي غالب در همه شرايط زماني و دمايي انجام فرآيند تشكيل شده است.

In this study, pulsed plasma nitriding treatment was performed on hot work tool steel AISI H11 samples and plastic mould steel AISI P20 samples at different process temperatures of 500?C and 550?C for 5 and 10 h in gas mixture of 75% N2 - 25% H2. Diffusion zones and compound layers were studied by optical and scanning electron microscopy and the surface phases were determined by X-ray diffraction analysis. Moreover, micro hardness changes from surface to core of the samples were determined. Results have shown that, at any specific plasma nitriding temperature and time, due to the microstructure and appropriate paths for diffusing of nitrogen in AISI H11 in comparison with AISI P20, the diffusion and compound layers of AISI H11 are thicker than that of AISIP20. Regarding the results of EDS, upward diffusion of carbon occurred during the ion nitriding of AISI P20, but EDS analysis of diffusion zone of AISI H11 does not show carbon. XRD results have shown that nitriding layer in AISI H11 is composed of ?-nitride and ?-nitride,while ?-nitride was the most forming phase in AISI P20 at all the process parameters. The results of micro hardness profiles at the same depth, have shown that AISI H11 is harder than AISI P20.