بررسی درجه حرارت، زمان و ترکیب شیمیایی حمام بر نفوذ کروم به فولاد 1020 کربن داده شده

امروزه طراحی قطعات مهندسی بر اساس « سطح » و « حجم » صورت می گیرد یکی از تکنولوژی های مقاوم سازی سطح قطعات مهندسی در برابر سایش و اکسید اسیون در دمای بالا، تکنولوژی نفوذ فعال حرارتی thermal reactive diffusion می باشد. در این تکنولوژی یک لایه سخت کاربیدی و یا نیتریدی بر روی سطح قطعات تشکیل داده می شود. تکنولوژی نفوذ فعال حرارتی با دو روش حمام نمک مذاب و بستر سیال انجام می گردد. در این پروژه به منظور بررسی امکان تشکیل کاربید کروم بر روی سطح فولاد 1020، از حمام نمک بوراکس و پودر فلزی کروم استفاده شد. پس از تحقق این هدف، اثر پارامترهای مختلف دما، زمان و ترکیب شیمیایی حمام نمک بر روی نفوذ کروم بررسی گردید. به منظور انجام این پروژه نمونه های استوانه ای شکل با ابعاد 20×?12 میلی متر از جنس فولاد 1020 در نظر گرفته شد. برای افزایش پتانسیل تشکیل کاربید بر روی سطح این نمونه ها، ابتدا نمونه های استوانه ای شکل در مخلوط پودری کربنات باریم و زغال چوب (10 درصد وزنی کربنات باریم) در دمای 1000 درجه سانتیگراد و به مدت 5 ساعت کربن دهی شده و سپس نمونه های کربن داده شده در حمام شامل نمک بوراکس و پودر کروم، کروم دهی گردیدند. برای بررسی پارامترهای مختلف، سه دمای 900، 1000 و 1100 درجه سانتیگراد، سه زمان 3، 6 و 9 ساعت و سه ترکیب حمام 10، 15 و 25 درصد وزنی پودر فلزی کروم در بوراکس در نظر گرفته شد. پس از کروم دهی، سطح نمونه ها در آب جوش تمیز شده و برای آزمایش میکروسختی سنجی در نیروی 200 گرم و زمان 15 ثانیه آماده گردیدند. میکروسختی بدست آمده برای نمونه ها در محدوده 1665-530 ویکرز می باشد. با استفاده از الگوهای پراش به دست آمده از سطح نمونه ها توسط دستگاه xrd، مشخص شد که افزایش میکروسختی به دلیل تشکیل یک لایه کاربید کروم از نوع 3c7m (m نشان دهنده مخلوط کروم و آهن است ) می باشد. همچنین با استفاده از متالوگرافی، ضخامت این لایه کاربیدی برای نمونه های مختلف، 22-4 میکرون اندازه گیری شد. سپس نفوذ عنصر کروم به داخل و کربن به سمت خارج نمونه توسط آنالیزهای نقطه ای و خطی به وسیله میکروسکوپ الکترونی sem مجهز به سیستم آنالیز eds تأیید گردید. با بررسی نتایج دیده شد که با افزایش دمای پوشش دهی، زمان غوطه وری در حمام و مقدار کروم موجود در آن، هر کدام به صورت جداگانه موجب افزایش ضخامت لایه کاربید کروم، میکروسختی سطح و گسترش لایه محلول جامد کروم و آهن می شوند. در مجموع با توجه به این نتایج، اثر گذارترین پارامتر بر نفوذ کروم، دما تشخیص داده شد و ماکزیمم میکروسختی و ضخامت لایه کاربیدی در نمونه تهیه شده در دمای 1100 درجه سانتیگراد، به مدت 9 ساعت و در حمامی با ترکیب 25 درصد وزنی پودر کروم اتفاق افتاد.