بررسی آزمایشگاهی تأثیر نیتروژن‌دهی پلاسمایی بر روی رفتار سایشی نمونه‌های کوچک دیسکی شکل فولاد ساده کربنی CK45 مورد استفاده در ادوات کشاورزی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• حسین رضایی ¹
• علی شانقی ²

¹ گروه خاکشناسی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ملایر، ملایر، همدان، ایران

² گروه مهندسی مواد، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه ملایر، ملایر، همدان، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.v8i2.53541

چکیده

امروزه استفاده از قطعات مستحکم و مقاوم در برابر ضربه و سایش جهت افزایش کارایی و طول عمرقطعات کشاورزی مورد استفاده در مزارع جهت افزایش طول عمر و بازده قطعات و دستگاه‌ها امری ضروری است. استفاده از روش‌های سخت‌کاری سطحی همانند نیتروژن‌دهی، کربن‌دهی، سخت کردن القایی و غیره، رفتار سایشی و خوردگی قطعات را بهبود می‌بخشد. در فرآیند نیتروژن‌دهی، نیتروژن اتمی توسط منابع مایع، نیتروژن‌دهی در حمام نمک و یا گازی، نیتروژن‌دهی پلاسمایی تأمین شده و سپس با استفاده از شرایط مناسب همانند حرارت به داخل ساختار زمینه نفوذ می‌کند. در این میان نیتروژن‌دهی پلاسمایی به دلیل پایین بودن دمای انجام عملیات، کمتر بودن زمان آزمایش نسبت به دیگر فرآیندها و همچنین پایین‌تر بودن میزان آلودگی محیط زیست که به‌ترتیب منجر به کاهش تغییرات ابعادی و اعوجاج در نمونه، کاهش هزینه عملیات و همچنین کاهش ناخالصی‌های موجود در پوشش می‌گردد، مورد توجه قرار گرفته است. بنابراین در این مقاله جهت بهبود طول عمر قطعات کشاورزی، سطح فولاد ساده کربنی CK45 تحت فرآیند نیتروژن‌دهی پلاسمایی با مشخصات دمای 450 درجه سانتی‌گراد، ولتاژ 480 ولت، شدت جریان 11 آمپر و فشار 1- 8 تور با نسبت گاز نیتروژن 33/0 درصد قرار گرفته و سپس خواص فازی و ترکیب پوشش نفوذی، ساختاری و سایشی آن، به‌ترتیب به‌وسیله XRD، AFM، FESEM و پین بر روی دیسک ارزیابی گردیده، منحنی انتقال سختی نیز از نمونه سطح مقطع زده شده تا عمق نمونه تحت بار 50 گرم صورت پذیرفته و آزمایش سایش مطابق استاندارد ASTM G99-90 به‌وسیله پین‌های ساینده تنگستن- کبالت با راس کروی به شعاع 5 میلی‌متر و تحت بار 10 نیوتن انجام شده است. نتایج نشان‌دهنده تشکیل فازهای ترکیبی ỳ+ε و ε در سطح نمونه است و ساختار سطحی کاملاً هموار، یکنواخت و دارای اندازه ذرات در محدوده 40 تا 70 نانومتر، همراه با سختی 810 ویکرز، ضریب اصطکاک 0/38 و انرژی شکست 57/3 ژول بر سانتی‌متر مربع است. مکانیزم اصلی رفتار سایشی فولاد نیتروژن‌دهی شده می‌تواند مکانیزم تحمل بار توسط لایه ترکیبی ỳ+ε و لایه نفوذی همراه با تشکیل ترکیبات اکسیدی ناشی از پین بر روی سطح باشد.

کلیدواژه‌ها

• رفتار سایشی
• فولاد ساده کربنی
• نیتروژن‌دهی پلاسمایی

20.1001.1.22286829.1397.8.2.14.8

مراجع

1. Ahangarani, Sh., A. R. Sabour, and F. Mahboubi. 2007. Surface modification of 30CrNiMo8 low-alloy steel by active screen setup and conventional plasma nitriding method. Applied Surface Science 254: 1427-1435.

2. Budynas, R., and K. Nisbett. 2014. Shigley's Mechanical Engineering Design . 10th edition. McGraw-Hill.

3. Burton, A. W., K. Ong, T. Rea, and I. Y. Chan. 2009. On the estimation of average crystallite size of zeolites from the Scherrer equation: A critical evaluation of its application to zeolites with one-dimensional pore systems. Microporous and Mesoporous Materials 117: 75-90.

4. Dizdar, S., H. Grosser, and U. Engström. 2011. Friction and wear characterization of sintered low alloyed chromium steels for structural components. Wear 273: 17-22.

5. Fenker, M., M. Balzer, and H. Kappl. 2014. Corrosion protection with hard coatings on steel: Past approaches and current research efforts. Surface and Coatings Technology 257: 182-205.

6. Grün, R. 1995. Combination of different plasma assisted processes with pulsed dc: cleaning, nitriding and hardcoatings. Surface and Coatings Technology 74-75: 598-603.

7. Mashreghi, A. R., S. M. Y. Soleimani, and S. Saberifar. 2013. The investigation of wear and corrosion behavior of plasma nitrided DIN 1. 2210 cold work tool steel. Materials & Design 46: 532-538.

8. Mishra, S. C., B. C. Mohanty, and B. B. Nayak. 2001. Arc plasma nitriding of low carbon steel. Surface and Coatings Technology 145: 24-30.

9. Paschke, H., M. Weber, G. Braeuer, T. Yilkiran, B. A. Behrens, and H. Brand. 2012. Optimized plasma nitriding processes for efficient wear reduction of forging dies. Archives of Civil and Mechanical Engineering 12: 407-412.

10. Salah, N., A. Alshahrie, J. Iqbal, P. M. Z. Hasan, and M. S. Abdel-wahab. 2016. Tribological behavior of diamond-like carbon thin films deposited by the pulse laser technique at different substrate temperatures. Tribology International 103: 274-280.

11. Taktak, S., I. Gunes, S. Ulker, and Y. Yalcin. 2008. Effect of N2 + H2 gas mixtures in plasma nitriding on tribological properties of duplex surface treated steels. Materials Characterization 59: 1784-1791.

12. Yon Chang, D., S. Yul Lee, and S. Kang. 1999. Effect of plasma nitriding on the surface properties of the chromium diffusion coating layer in iron-base alloys. Surface and Coatings Technology 116-119: 391-397.

13. Wang, L., K. S. Nam, and S. C. Kwon. 2007. Effect of plasma nitriding of electroplated chromium coatings on the corrosion protection C45 mild steel. Surface and Coatings Technology 202: 203-207.

14. Wang, Q., L. Zhang, and J. Dong. 2010. Effects of Plasma Nitriding on Microstructure and Tribological Properties of CoCrMo Alloy Implant Materials. Journal of Bionic Engineering 7: 337-344.

15. Wen, D. 2009. Plasma nitriding of plastic mold steel to increase wear- and corrosion properties. Surface and Coatings Technology 204: 511-519.

16. Zhong-yu, P., X. Bin-shi, W. Hai-dou, and W. Dong-hui. 2013. Influence of surface nitriding treatment on rolling contact behavior of Fe-based plasma sprayed coating. Applied Surface Science 266: 420-425.