مشخصه يابي و مقايسه ساختار سطحي فولادهاي زنگ نزن آستنيتي AISI 304L ريزدانه و فوق ريزدانه پس از فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي

Comparison and characterization of the surface structural of fine-and ultrafine-grained AISI 304L austenitic stainless steels after plasma nitriding

در اين پژوهش اثر كاهش اندازه دانه از ابعاد ريزدانه به ابعاد فوق ريزدانه بر ضخامت لايه‌ نيتريدي و فازهاي تشكيل شده پس از فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي فولاد زنگ‌نزن آستنيتي AISI 304L بررسي شده است. به اين منظور، ابتدا با استفاده از فرآيند نورد سرد و آنيل بازگشتي ساختار مارتنزيتي ناشي از كرنش، نمونه‌هايي با اندازه دانه هاي ريزدانه (11 ميكرومتر) و فوق ريزدانه (135 نانومتر) ايجاد شد. نمونه هاي تهيه شده در دماي 450 درجه سانتي‌گراد، به مدت 5 ساعت و با استفاده از تركيب گاز نيتروژن و هيدروژن با نسبت حجمي يك به سه تحت عمليات نيتروژن دهي پلاسمايي قرار گرفتند. از ميكروسكوپ الكتروني روبشي جهت بررسي اندازه دانه و ضخامت لايه نيتريدي و از روش پراش‌سنجي پرتو ايكس براي بررسي فازهاي ايجادشده استفاده شد. نتايج بررسي ها نشان داد كاهش اندازه دانه از ابعاد ريزدانه به فوق ريزدانه موجب افزايش ضخامت لايه نيتريدي از حدود 6/4 به حدود 6/10 ميكرومتر شده است. در نمونه فوق‌ريزدانه علاوه بر تشكيل لايه نيتريدي ضخيم تر و رسوبات نيتريد كروم بيش تر، به دليل وجود مارتنزيت باقيمانده در ساختار رسوبات نيتريد آهن ʹ- Fe4N? نيز تشكيل شده است.

In this study, effect of grain size reduction from micrometer to ultrafine on phases and thickness of nitrided layer of AISI 304L austenitic stainless steel after plasma nitriding was evaluated. To produce of fine grain size samples (11 ?m) and ultrafine samples (135 nm) used cold rolling and reversion annealing of strain induced martensite. Plasma nitriding was performed at 450 °C for 5h and the gas composition was nitrogen and hydrogen with a ratio of 1 to 3. The evaluation of grain size and observation of microstructure was performed by scanning electron microscopy and identification of phases was performed by X-Ray diffractometer. An increase in the thickness of nitrided layer from 4.8 to 10.6 µm was experienced by decreasing of grain size from 11 µm to 135 nm. In addition to the increase of nitrided layer and percentage of precipitates in ultrafine grain samples, the type of phases was significantly affected by the grain size. It was observed that retained martensite after reversion annealing caused formation of iron nitride (-ʹ? Fe4N) in ultrafine grain samples.