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

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.