Vol. 51 (2015), Issue 1, p. 59-65

Surface Morphology and Mechanical Strength of AISI M2 Tool Steel Treated in Abnormal Glow Region of Plasma

Naz M.Y., Shukrullah S., Ghaffar A., Shakir I., Ullah S., Sagir M., Pervaiz M.

Abstract

УДК 621.039

 

Plasma ion nitriding is a flexible and multi-functional casehardening technique used in the given study for surface modifications of AISI M2 tool steel (0.9% C, 4.2% Cr, 5.0% Mo, 6.0% W, and 2.0% V). By varying the plasma treatment time from 1 to 4 hour and the filling gas pressure from 1 to 4 mbar, the surface nitriding was carried out in the abnormal glow region of a pulsed DC discharge. Pre-plasma treatment heating of the samples was performed by a heating unit; the substrate temperature was raised to 500°C, with the ramping rate of 15°C. The resultant microscopic changes in the surface properties of the plasma treated tool steel were studied with different surface characterization techniques such as X-ray Diffraction, Scanning Electron Microscopy and Vickers’s micro-hardness testing. These investigations confirmed the formation of a compound layer on the plasma exposed surface. It was observed that the layer thickness initially increases and then decreases with nitriding time. Similar results were obtained for increasing filling gas pressure. The X-ray Diffraction results showed a down-shift in the original diffraction peaks, which confirms the nitrogen diffusion into the exposed surface and a compound layer formation. A significant improvement in the surface hardness was also vivid, which might be due to the nitrogen diffusion and the formation of a compound layer on the target surface.

 

Keywords: DC glow discharges, ion implantation, abnormal glow region, tool steel, surface hardness.

 

 

Азотирование ионами плазмы, которое является гибким и многофункциональным методом поверхностного упрочнения, использовалось в данном исследовании для поверхностной модификации инструментальной стали AISI M2(0.9% C, 4.2% Cr, 5.0% Mo, 6.0% W, 2.0% V). Поверхностное азотирование было выполнено в режиме аномального свечения с использованием импульсных разрядов постоянного тока, причем изменялось время плазменной обработки от 1 до 4 часов и давление газовой среды от 1 до 4 миллибар. Предварительный нагрев образцов для плазменной обработки был выполнен с помощью нагревателя, причем температура поднималось до 500°C, через каждые 15°C. Поверхностные характеристики плазменно обработанной инструментальной стали изучались с применением различных методов характеризации поверхности, такими как: рентгеновская диффрактометрия, сканирующая электронная микроскопия, измерение микротвердости по Викерсу. Исследование свойств показало образование на плазменно обработанной поверхности слоя сложного строения. Наблюдалось первоначальное увеличение толщины слоя, а затем уменьшение с увеличением времени азотирования. Аналогичные результаты были получены при увеличении давления газовой среды. Результаты рентгеновской диффрактометрии показали наличие смещения вниз оригинальных дифракционных пиков, что подтверждает диффузию азота в обработанную поверхность и образование обогащенного слоя. Также было подтверждено значительное повышение поверхностной твердости, которая может быть следствием диффузии азота.

 

Ключевые слова: тлеющий разряд, ионная имплантация, область аномального свечения, инструментальная сталь, поверхностная твердость.

 

 

Download full-text PDF. 708 downloads

Web-Design Web-Development SEO - eJoom Software. All rights reserved.