Skip to main content
SUPERVISOR
Ali Shafyei
علي شفيعي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Shirinbayan
محمدعلي شيرين بيان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

An investigation on the kinetics of vanadium carbide coating on the surface of AISI D2 steel using a borax molten bath
AISI D2 cold work tool steel is usually used for the purpose of hardness and wear resistance. Thermo reactive diffusion coatings (TRD) treatment is usually applied to this type of tool steel to improve the surface hardness. Since the rollers made of D2 tool steels are susceptible to wear fatigue, its surface hardness is of critical importance. In first stage, a heat treatment route has been proposed for D2 tool steel which results in a combination of high hardness and toughness. For this purpose two heat treatment routes were adopted. In the first one, the preheated steel samples were held in a molten salt bath of 990 °C for a certain time followed by tempering at different temperatures. This heat treatment cycle resulted in a steel of 56 HRC and microstructure containing the primary carbides, tempered martensite, retained austenite, and transition carbides. In the second heat treatment route, the preheated samples were held in a BaCl 2 molten bath of 1070 °C for 30 minutes and then oil quenched. The two stages tempering treatment were then applied to the quenched specimens in which the samples were first tempered at 560 °C followed by tempering at 530 °C . The latter heat treatment resulted in a hardness of 60 HRC and an increase of D2 working time up to 15% in rolling mill. In the second stage, a vanadium carbide coating was applied to the D2 tool steel samples by immersion in borax liquid bath containing ferro vanadium, aluminum and boric acid. Coating process hardening heat treatment were carried out simultaneously as follows: Firstly the samples were preheated up to 500 °C and then TRD coating was performed on the samples at various temperatures for different times. Finally a specific mar-tempering treatment route was carried on the samples. The surface hardness of coated sample was evaluated as 2300-3200 HV at various positions while the hardness of the bulk was measured as (59-61) HRC. XRD analysis of coating showed that main component was vanadium carbide (V 8 C 7 ). Finally the kinetic of coating was studied based on determined rate curves. Kinetic study of Formation Coating showed that the diffusion of Carbon atoms in the Coating layer controlled the Coating process and the activation energy 114.5 kJ/mole was obtained.
فولادهاي ابزار سردکار AISI D2 معمولا در شرايطي به کار مي روند که سختي و مقاومت به سايش بالا مورد نياز باشد. با توجه به شرايط و مکانيزم حاکم بر سايش خستگي غلتک hy;هاي نورد ازجنس فولاد D2 افزايش سختي سطحي غلتک ها از اهميت قابل توجهي برخوردار است. مرحله اول اين پژوهش با هدف دستيابي به ماکزيمم سختي، همزمان با افزايش چقرمگي در غلتک‌هاي مذکور انجام گرفته است. بدين منظور دو گروه عمليات حرارتي براي سخت کاري اين فولاد در نظر گرفته شد. در گروه اول با دماي آستنيته پايين محدوده (C° 990)، قطعات ابتدا پيشگرم شده و سپس در حمام آستنيته در دماي C° 990 غوطه ور شدند. با توجه به نتايج بدست آمده، سختي سطح نمونه ها HRC 56 بوده و ميکرو ساختار آن ها متشکل از کاربيدهاي آلياژي اوليه و زمينه‌اي شامل آستنيت باقي مانده، مارتنزيت تمپر شده و کاربيد‌هاي انتقالي است. در گروه دوم با دماي آستنيته بالاي محدوده (C° 1070)، بعد از پيشگرم، نمونه‌ها در حمام نمک کلريد باريم به مدت 30 دقيقه در دماي C° 1070 تحت عمليات آستنيته قرار گرفتند و پس ازآن در روغن سرد شدند. در ادامه دو مرحله تمپر براي اين نمونه‌ها در نظر گرفته شد. دماي بهينه براي حصول ماکزيمم سختي (HRC 60) برابر با C° 560 بدست آمد. براي دستيابي به چقرمگي بالا بدون کاهش شديد سختي، دماي تمپرينگ مرحله دوم، C° 30 کمتر از دماي تمپر اوليه در نظر گرفته شد. در مرحله دوم اين پژوهش، سينتيک تشکيل پوشش کاربيد واناديوم بر روي فولاد ابزار AISI D2 با استفاده از روش غوطه وري در حمام نمک بوراکس همزمان با انجام عمليات حرارتي سخت کاري با دماي آستنيته بالاي محدوده بر روي فولاد مذکور و هم چنين تاثير پارامترهاي دما و زمان در ترکيب شيميايي ثابت حمام نمک مذاب بر مشخصات پوشش مورد بررسي قرار گرفته است. حمام نمک مذاب با ترکيب بوراکس، پودر فرو واناديوم، پودر آلومينيوم و اسيد بوريک انتخاب شد. عمليات پوشش دهي و حرارتي سخت کاري به صورت توامان شامل عمليات پيشگرم کردن نمونه ها در دماي C° 500 به مدت 2 ساعت، ورود نمونه ها به حمام نمک بوراکس جهت ايجاد پوشش در دماهاي C° 900، C° 950 و C° 1000 براي مدت زمان هاي 3، 4، 5 و 6 ساعت، عمليات آستنيته کردن نمونه ها در دماي C° 1070 به مدت 30 دقيقه و دو مرحله برگشت دادن نمونه ها در دماهاي C° 560 و C° 530 به مدت 2 ساعت، انجام شد. پس از انجام سيکل عمليات پوشش دهي و حرارتي سختي نمونه ها در مقياس ميکرو و ماکرو به ترتيب 2300 تا 3200 ويکرز و 61-59 راکول سي بدست آمد. آناليزساختاري پوشش توسط دستگاه پراش اشعه ايکس (XRD) نشان داد که نوع کاربيد واناديوم تشکيل شده در پوشش V 8 C 7 مي باشد. ريزساختار نمونه ها به وسيله ميکروسکوپ نوري مورد بررسي قرار گرفت و ضخامت پوشش اندازه گيري شده با استفاده از SEM، در محدوده 7/6 تا 95/26 ميکرون اندازه گيري شد. نهايتا با استفاده از منحني هاي نرخ رشد پوشش، سينتيک رشد لايه پوشش نيز مورد بررسي قرار گرفت. مقدار انرژي فعال سازي محاسبه شده براي تشکيل پوشش بر روي سطح فولاد D2 با روش حمام مذاب بوراکس، kJ/mol 5/114 مشخص گرديد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی