Improving fatigue life and surface properties of AISI 316 stainless steel through plasma nitriding

渗氮 材料科学 冶金 微观结构 奥氏体 奥氏体不锈钢 碳化物 硬度 极限抗拉强度 断裂(地质) 压力(语言学) 图层(电子) 压痕硬度 扫描电子显微镜 表层 弯曲 疲劳极限 断口学 残余应力 表面工程 复合材料 等离子体 劈理(地质)
作者
Akash Biradar,Sudheer Reddy Beyanagari,Abhishek Bhushan,R. Vaira Vignesh,Devarangadi Manikanta
标识
DOI:10.1177/09544054261465156
摘要

The current study investigates the rotating-bending fatigue behavior of plasma-nitrided austenitic stainless steel (AISI 316) with two effective case depths of 40 and 80 µm. The nitrided layer thickness and associated microstructural evolution were characterized using optical and scanning electron microscopy. The microstructure revealed a distinct dark-etching surface layer, confirming the formation of nitrogen-expanded austenite (S-phase) without evidence of detrimental carbide precipitation. Tensile testing revealed an enhancement in strength after nitriding, accompanied by a marginal reduction in ductility. The surface hardness increased significantly from 185 HV for the untreated AISI 316 to 542 HV and 625 HV for specimens nitrided to depths of 40 and 80 µm, respectively. Rotary bending fatigue tests conducted under varying stress amplitudes demonstrated a substantial improvement in fatigue life, particularly at higher stress levels. Fractographic analysis indicated delayed crack initiation and refined fracture morphologies in the nitrided specimens. The results suggest that plasma nitriding enhances the surface integrity and fatigue performance of AISI 316 stainless steel, establishing it as a viable surface engineering approach for applications demanding superior wear and fatigue resistance.
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