Fracture toughness characterization in the transition region is examined for heat-treated and ionnitrided Ni-Cr-Mo steel. After heat treatment for the specimens of Ni-Cr-Mo steel, organizations of specimens-specimens which are heat-treated and ion-nitrided for 4 hours at 500 .deg. C and 5 torr in 25%N/dub 2/-75%H/sub 2/mixed gas-, hardness variety, and X-ray diffraction pattern of the ion-nitriding compound layer are observed. Fracture toughenss test of unloading compliance method were conducted over the regions from room trmperature to -70.deg. C. The compound layer was consisted of r'=Fe/sub 4/N phase and ion-nitrided layer's depth was 200mm from surface. The transition regions of heat-treated and ion-nitrided specimens were about -30.deg. C and -50.deg. C, respectively. The transition region of ion-nitrided specimens is estimated less than that of heat-treated one, and this is the effect of ion-nitriding.
TiN and AlN are ceramic materials with extensive applications due to its excellent mechanical and chemical properties at elevated temperature. The purpose of this research is to develop the method for the synthesis of ternary nitride powder, titanium-aluminum-nitrogen system, which have an excellent property of both TiN and AlN. The ternary nitride such as $Ti_3AlN$, $Ti_2AlN$ and $Ti_3Al_2N_2$ can be synthesized by the interdiffusion nitriding method in Ar gas, however, the ternary nitride coexist with TiN, AlN, $Ti_3Al$ and ${\alpha}$-Ti. The ternary nitride are stable below $1400^{\circ}C$, but these are gradually decomposed into TiN, $Ti_3Al$ and AlN above $1400^{\circ}C$. The thermal oxidation characteristics of the Ti-Al-N compound synthesized by the interdiffusion nitriding method is superior to that of the TiN+AlN mixed powder, and the oxidation for both materials show the differential behaviors.
In this study, effect of sputtering on the plasma-nitriding substrate and before PVD coating on the microstucture, microhardness, surface roughness and the adhesion strength of CrZrN thin films were investigated. Experimental results showed that this sputtering process not only removed surface compound layer which formed during a plasma nitriding process but also induced an alteration of the surface of plasma nitrided substrate in terms of microhardness distribution, surface roughness. This in turn affected the adhesion strength of PVD coatings. After sputtering, microhardness distribution showed general decrease and the surface roughness became increased slightly. The critical shear stress measured from the scratch test on the CrZrN coatings showed an approximately 1.4 times increase in the adhesion strength through the sputtering prior to the coating and this could be attributed to a complete removal of compound layer from the plasma nitrided surface and to an increase in the surface roughness after sputtering.
In this study, effect of sputtering after plasma nitriding and before PVD coating on the microstucture, microhardness, surface roughness and the adhesion strength of CrN thin films were investigated. Experimental results showed that this sputtering process not only removed surface compound layer which formed during a plasma nitriding process but also induced an alteration of the surface of plasma nitrided substrate in terms of microhardness distribution and surface roughness, which in turn affected the adhesion strength of PVD coatings. After sputtering, microhardness distribution showed general decrease and the surface roughness became increased slightly. The critical shear stress measured from the scratch test on the CrN coatings showed an approximately twice increase in the binding strength through the sputtering prior to the coating and this could be attributed to a complete removal of compound layer from the plasma nitrided surface and to an increase in the surface roughness after sputtering.
This study has investigated the surface phase change, hardness variation, surface precipitates, nitrogen content and corrosion resistance in STS 431 (17Cr-2Ni-0.2C-0.01Nb) martensitic stainless steel after high temperature gas nitriding (HTGN) treatment at the temperature range between $1050^{\circ}C$ and $1150^{\circ}C$. The HTGN-treated surface layer appeared $Cr_2N$ of rod type, carbo-nitride of round type and fine precipitates in the austenite matrix. On the other hand the interior region where the nitrogen was not permeated, exhibited martensite phase. The surface hardness showed 250~590 HV, depending on the HTGN treatment conditions, while the interior martensitic phase represented 520 HV. The permeation depth of nitrogen increased with increasing the HTGN-treated temperature. The nitrogen concentration of the surface layer appeared approximately ~0.17% at $1100^{\circ}C$. On comparing the corrosion resistance between solution-annealed and HTGN-treated steels, the corrosion resistance of HTGN-treated steel was superior to that of solution-annealed specimens.
This study is to investigate the phase changes and cold workability after isothermal transformation at $780^{\circ}C$ by using the high temperature gas nitrided (HTGN) STS 430 ferritic stainless steel specimens. The phase diagram of STS 430 steel obtained by calculation showed that the phase appeared at $1100^{\circ}C$ showed as ${\alpha}+{\gamma}{\rightarrow}{\gamma}{\rightarrow}{\gamma}+Cr_2N{\rightarrow}{\gamma}+Cr_2N+CrN$ with increasing nitrogen concentration. Also, the transformation of ${\gamma}{\rightarrow}Cr_2N$ during heat treatment isothermally at $780^{\circ}C$, nitrogen pearlite with lamellar type was fully formed at the nitrogen permated surface layer for 10 hrs. However, this transformation was not completed for 1 hr, resulting nitrogen pearlite plus martensite. The cold rolled specimen of isothermally transformed at $780^{\circ}C$ for 10 hrs after high temperature gas nitriding decreased the layer thickness of nitrogen pearlite inducing the deformation of hard $Cr_2N$ phase. the dissolution rate of $Cr_2N$ phase increased rapidly with increasing cold rolling ratio. Specimens with the microstructure of nitrogen pearlite (isothermally transformed at $780^{\circ}C$ for 10 hrs) were possible to cold rolling without crack formation. However, the mixed structures of nitrogen pearlite + martensite (isothermally transformed at $780^{\circ}C$ for 1 hr) were impossible to cold deformation without cracking.
Park, Sang-Jun;Kim, Jung-Min;Kang, Hee-Jae;Kang, Chang-Yong;Kim, Yung-Hee;Sung, Jang-Hyun
열처리공학회지
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제25권3호
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pp.115-120
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2012
It has been known that the ferritic stainless steel can be changed to martensitic stainless steel when nitrogen is added. However the high hardness of martensitic stainless steel prevents the plastic deformation. In this study, instead of martensite, the surface microstructure was changed into nitrogen pearlite to increase the plastic deformation easily by isothermal heat treatment after high temperature gas nitriding (HTGN) the AISI 430 ferritic stainless steel. The isothermal treatment was carried out at $780^{\circ}C$ for 4, 6, and 10 hrs, respectively, after HTGN treatment at $1100^{\circ}C$ for 10 hrs. The surface layer of isothermal-treated steel appeared nitrogen pearlite composed with fine chromium nitride and ferrite. Hence, the interior region that was not affected by nitrogen permeation exhibited ferrite phase. When quenching the isothermal treated steel at 1100oC, martensitic phase formed at the surface layer. The hardness of surface layer of isothermal-treated steel and quenched steel measured the value of 150~240 Hv and 630 Hv, respectively.
This study has been investigated the effect of high temperature gas nitriding (HTGN) heat treatment of STS 444 (18Cr-0.01Ni-0.01C-0.2Nb) ferritic stainless steel in an atmosphere of nitrogen gas at the temperature range between $1050^{\circ}C\;and\;1150^{\circ}C$. The surface layer was changed into martensite and austenite with the nitrides of NbCrN by HTGN treatment. Due to the precipitation of nitrides and matrensite formation, the hardness of the surface layer showed $400Hv{\sim}530Hv$. The nitrogen concentration of the surface layer appeared as 0.05%, 0.12% and 0.92%, respectively, at $1050^{\circ}C,\;1100^{\circ}C\;and\;1150^{\circ}C$. When the nitrogen is permeated from surface to interior, Nb and Cr, which have strong affinities with nitrogen, also move from interior to surface. Therefore it is considered that this counter-current of atoms promotes the formation of NbCrN at the surface layer.
This study examines the effects of post-oxidation treatment on the microstructure and corrosion resistance of GC250 cast iron. The nitriding process was conducted at 570℃ for 180 minutes with a fixed nitriding potential (Kn) of 1.5, followed by post-oxidation at 450℃, 500℃, and 550℃ for 120 minutes. The post-oxidized specimens showed increased surface hardness and case depth compared to the nitrided specimens, with a maximum surface hardness of approximately 890 HV0.1. The oxidation process increased the thickness of the nitrided layer by more than 3 ㎛, with the oxide layer thickness reaching up to 2.5㎛ as the oxidation temperature increased. XRD analysis identified the presence of ε-phase, γ'-phase, and Fe3O4 phase on the surface. Polarization tests revealed that the specimen treated at the highest oxidation temperature had a corrosion current density of 20.26 ㎂/cm2 and a corrosion potential of -0.22V, indicating enhanced corrosion resistance compared to the nitrided specimen. This improvement is attributed to the formation and increased thickness of the oxide layer, which enhances corrosion resistance. In conclusion, the oxide layer formed through post-oxidation treatment significantly improves the corrosion resistance of GC250 cast iron, with the effect becoming more pronounced at higher oxidation temperatures.
When shooting small arms, the inner surface temperature is heated up to about $700{\sim}1,000^{\circ}C$ by the friction of the bullet and the inner wall of the barrel and the combustion of propellant. High-temperature propellant gas and high-speed movement of the bullet cause corrosion of the inner wall, which is noticeable immediately in front of the chamber. In this study, the mechanical properties of Cr-Mo-V steel, which is the base material, were tested using Taguchi experimental design to find the best nitriding treatment conditions. For the nitriding process, the working time, salt bath temperature, and salt concentration were combined as three conditions and placed in the $L_9(3^4)$, orthogonal array table. The thicknesses of the white layer and the nitrogen diffusion layer were measured after nitriding under each condition in a salt bath furnace. Durability was evaluated by measuring the degree of dispersion through actual shooting because it was difficult to evaluate the mechanical properties of the cylinder inner structure. As a result, it was confirmed that the durability was optimal at $565^{\circ}C$, 1 hour, 0.5%. These optimal conditions were selected by the statistical analysis of the Minitab program(ver.17).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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