بررسی سینتیک تشکیل پوشش کاربیدی بر روی فولاد ابزار d2 با استفاده از حمام نمک بوراکس

فولادهای ابزار سردکار aisi d2 معمولا در شرایطی به کار می روند که سختی و مقاومت به سایش بالا مورد نیاز باشد. به منظور بهبود سختی سطحی این دسته از فولادها بعضا مورد عملیات پوشش دهی به روش trd قرار می گیرند. با توجه به شرایط و مکانیزم حاکم بر سایش خستگی غلتک های نورد ازجنس فولاد d2 افزایش سختی سطحی غلتک ها از اهمیت قابل توجهی برخوردار است. مرحله اول این پژوهش با هدف دستیابی به ماکزیمم سختی، همزمان با افزایش چقرمگی در غلتک های مذکور انجام گرفته است. بدین منظور دو گروه عملیات حرارتی برای سخت کاری این فولاد در نظر گرفته شد. در گروه اول با دمای آستنیته پایین محدوده (c° 990)، قطعات ابتدا پیشگرم شده و سپس در حمام آستنیته در دمای c° 990 غوطه ور شدند. با توجه به نتایج بدست آمده، سختی سطح نمونه ها hrc 56 بوده و میکرو ساختار آن ها متشکل از کاربیدهای آلیاژی اولیه و زمینه ای شامل آستنیت باقی مانده، مارتنزیت تمپر شده و کاربید های انتقالی است. در گروه دوم با دمای آستنیته بالای محدوده (c° 1070)، بعد از پیشگرم، نمونه ها در حمام نمک کلرید باریم به مدت 30 دقیقه در دمای c° 1070 تحت عملیات آستنیته قرار گرفتند و پس ازآن در روغن سرد شدند. در ادامه دو مرحله تمپر برای این نمونه ها در نظر گرفته شد. دمای بهینه برای حصول ماکزیمم سختی (hrc 60) برابر با c° 560 بدست آمد. برای دستیابی به چقرمگی بالا بدون کاهش شدید سختی، دمای تمپرینگ مرحله دوم، c° 30 کمتر از دمای تمپر اولیه در نظر گرفته شد. نتایج نشان می دهد که عملیات حرارتی گروه دوم برای سخت کاری این غلتک ها مناسب تر می باشد و عمر آن ها را به مقدار 15 درصد افزایش می دهد. در مرحله دوم این پژوهش، سینتیک تشکیل پوشش کاربید وانادیوم بر روی فولاد ابزار aisi d2 با استفاده از روش غوطه وری در حمام نمک بوراکس همزمان با انجام عملیات حرارتی سخت کاری با دمای آستنیته بالای محدوده بر روی فولاد مذکور و هم چنین تاثیر پارامترهای دما و زمان در ترکیب شیمیایی ثابت حمام نمک مذاب بر مشخصات پوشش مورد بررسی قرار گرفته است. حمام نمک مذاب با ترکیب بوراکس، پودر فرو وانادیوم، پودر آلومینیوم و اسید بوریک انتخاب شد. عملیات پوشش دهی و حرارتی سخت کاری به صورت توامان شامل عملیات پیشگرم کردن نمونه ها در دمای c° 500 به مدت 2 ساعت، ورود نمونه ها به حمام نمک بوراکس جهت ایجاد پوشش در دماهای c° 900، c° 950 و c° 1000 برای مدت زمان های 3، 4، 5 و 6 ساعت، عملیات آستنیته کردن نمونه ها در دمای c° 1070 به مدت 30 دقیقه و دو مرحله برگشت دادن نمونه ها در دماهای c° 560 و c° 530 به مدت 2 ساعت، انجام شد. پس از انجام سیکل عملیات پوشش دهی و حرارتی سختی نمونه ها در مقیاس میکرو و ماکرو به ترتیب 2300 تا 3200 ویکرز و 61-59 راکول سی بدست آمد. آنالیزساختاری پوشش توسط دستگاه پراش اشعه ایکس (xrd) نشان داد که نوع کاربید وانادیوم تشکیل شده در پوشش v8c7 می باشد. ریزساختار نمونه ها به وسیله میکروسکوپ نوری مورد بررسی قرار گرفت و ضخامت پوشش اندازه گیری شده با استفاده از sem، در محدوده 7/6 تا 95/26 میکرون اندازه گیری شد. بر اساس نتایج بدست آمده، بیشترین ضخامت پوشش مربوط به دمای c° 1000 و زمان 6 ساعت بود. تاثیر افزایش دمای حمام نمک بوراکس بر میزان افزایش ضخامت پوشش نسبت به تأثیر زمان غوطه وری قابل ملاحظه تر می باشد، به طوری که افزایش دما به میزان c° 100، باعث افزایش ضخامت پوشش به میزان 5/2 برابر شده است. نهایتا با استفاده از منحنی های نرخ رشد پوشش، سینتیک رشد لایه پوشش نیز مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد روند تغییرات ضخامت پوشش بر حسب زمان پوشش دهی پارابولیک بوده و نفوذ اتم های کربن از زیر لایه فولادی به پوشش کنترل کننده رشد لایه پوشش بوده است. مقدار انرژی فعال سازی محاسبه شده برای تشکیل پوشش بر روی سطح فولاد d2 با روش حمام مذاب بوراکس، kj/mol 5/114 مشخص گردید.