Tribological properties of plasma and pulse plasma nitrided AISI 4140 steel

B. Podgornik, J. Vižintin, V. Leskovšek

Surface & Coatings Technology 108/109 (1998) 454–460.

Abstract

Plasma nitriding is usually used for ferrous materials to improve their surface properties. Knowledge of the properties of thin surface layers is essential for designing engineering components with optimal wear performance. In our study, we investigated the wear, mechanical and tribological properties of plasma and pulse plasma nitrided AISI 4140 steel in dry conditions. Contact surfaces of the samples were fully characterised using metallographic, SEM microscopic, microhardness and profilometric techniques, before and after wear testing. Wear tests were performed on a pin-on-disc wear testing machine in which nitrided pins were mated to hardened ball bearing steel discs under dry sliding conditions. The compound layer should be removed from the surface by mechanical means or by decreasing the amount of nitrogen in the nitriding atmosphere, to avoid impairment of the tribological properties by fracture of the hard and brittle compound layer followed by the formation of hard abrasive particles.

Nitriranje v plazmi in pulzirajoči plazmi se pogosto uporablja za izboljšanje površinskih lastnosti jekel. Pri tem je poznavanje lastnosti površine ključnega pomena za načrtovanje strojnih delov z optimalnimi protiobrabnimi lastnostmi. V okviru našega dela smo raziskali mikrostrukturne, mehanske in tribološke lastnosti jekla 42CrMo₄ nitriranega v plazmi in pulzirajoči plazmi, pri čemer je bilo kaljeno jeklo uporabljeno kot referenca. Raziskan je bil tudi vpliv globine nitriranja in prisotnosti spojinske plasti na tribološko obnašanje omenjenega jekla. Tako nitriranje v plazmi, kakor tudi nitriranje v pulzirajoči plazmi je bilo izvedeno v komercialni napravi za plazemsko nitriranje. Z uporabo metalografije, elektronske in optične mikroskopije, merjenja mikrotrdote in topografije površine smo natančno ovrednotili kontaktno površino in to tako pred, kakor tudi po preizkušanju. Obrabni preizkusi so bili narejeni na valjček-disk napravi pri pogojih suhega drsenja. Med samimi preizkusi smo zasledovali tako koeficient trenja, kakor tudi količino obrabe in to v odvisnosti od obremenitve, drsne hitrosti in časa. Na podlagi analize obrabljenih površin in generiranih obrabnih delcev pa smo določili prevladujoč obrabni mehanizem ter torne in protiobrabne lastnosti nitriranega jekla. Rezultati so pokazali, da plazemsko nitriranje, v primerjavi s kaljenjem, izboljša tribološke lastnosti jekla 42CrMo₄. Kljub vsemu pa je potrebno spojinsko plast odstraniti z nitrirane površine, saj lahko le-ta, zaradi svoje krhkosti in visoke trdote, celo poslabša protiobrabno odpornost jekla.

Keywords: plasma nitriding, pulse plasma nitriding, characterisation, wear, dry sliding

Export bibliography