سينتيك رشد لايه آستنيت در سطح فولاد زنگ‌نزن فريتي Fe-23Cr-2/4Mo حين عمليات نيتروژن‌دهي محلولي

Kinetics of Austenite Layer Growth on the Surface of Fe-23Cr-2.4Mo Ferritic Stainless Steel During Solution Nitriding

در اين تحقيق سينتيك رشد لايه آستنيت در سطح فولاد زنگ‌نزن فريتي Fe-23Cr-2/4Mo حين عمليات نيتروژن‌دهي محلولي و تأثير افزودن نيتروژن برروي ريزساختار و سختي فولاد مورد مطالعه قرار گرفته است. تسمه‌هايي به ضخامت 2 ميلي‌متر از اين فولاد در دماي 1200 درجه سانتي‌گراد تحت اتمسفر گاز نيتروژن با فشار0/25 مگاپاسكال به مدت زمان‌هاي 2، 3، 6، 9 و 12 ساعت نيتروژن‌دهي شدند. ريزساختار، ضخامت لايه آستنيتي و سختي نمونه‌هاي نيتروژن‌دهي شده با استفاده از ميكروسكوپ نوري، تفرق پرتو ايكس (XRD) و ريزسختي سنجي مطالعه شدند. نتايج نشان داد كه با انجام عمليات نيتروژن‌دهي، نيتروژن به‌صورت مرزدانه‌اي و شبكه‌اي نفوذ كرده و باعث استحاله فازي فريت به آستنيت مي‌شود. سينتيك استحاله فريت به آستنيت با نفوذ نيتروژن با ضريب نفوذ متوسط 5-10×6/54 ميلي‌متر مربع بر ثانيه كنترل مي‌شود. ضخامت لايه آستنيتي تشكيل شده متناسب با ريشه دوم زمان نيتروژن‌دهي افزايش مي‌يابد و پس از 12 ساعت نيتروژن‌دهي، كل ضخامت نمونه فريتي با سختيHV0/1 262 به آستنيت با سختي HV0/1 420 تبديل مي‌شود.

In this study, the kinetics of austenite layer growth on the surface of Fe-23Cr-2.4Mo ferritic stainless steel during solution nitriding and the effects of nitrogen adding on microstructure and hardness of the steel have been investigated. Steel plates of 2 mm thick were solution-nitrided at 1200˚C under nitrogen pressure of 0.25 MPa for 2, 3, 6, 9, 12 hours. Microstructure, the thickness of austenite layer and the hardnes of the nitrided samples, were investigated by using optical microscope, X-ray Diffraction (XRD) and microhardness measurements. The results showed that during solution nitriding, nitrogen diffuses through the lattice and grain boundaries and transforms ferrite to austenite phase, with average nitrogen diffusion coefficient of 6.54×10-5 mm2s-1. The thickness of the austenite layer formed on the samples surfaces increased proportional to the square root of the nitriding time, so that after 12 hours niriding, the whole thickness of the ferritic sample with hardness of 262 HV0.1 transformed to austenite with hardness of 420 HV0.1.