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Application of integral method for investigating the boriding kinetics of AISI 316 steel

Application de la méthode intégrale pour l’étude de la cinétique de boruration de l’acier AISI 316

Laboratoire de Technologie des Matériaux, Faculté de Génie Mécanique et Génie des Procédés, USTHB, B.P No. 32, 16111, El-Alia, Bab-Ezzouar, Algiers, Algeria

^* e-mail: keddam@yahoo.fr

Received: 27 July 2019
Accepted: 12 February 2020

Abstract

The present work is dealing with the modelling of boriding kinetics of AISI 316 steel in the temperature range 1123–1273 K. A diffusion model based on the integral method was used in order to investigate the kinetics of formation of FeB and Fe₂B layers and that of diffusion zone formed on AISI 316 steel by considering the presence of boride incubation times. By using a particular solution of the resulting differential algebraic system, the diffusion coefficients in FeB, Fe₂B and diffusion zone (DZ) were estimated as well as the corresponding values of activation energies. Finally, this present diffusion model has been experimentally validated for two additional boriding conditions (1243 K for 3 and 5 h of treatment). A good concordance was observed between the experimental and the simulated results in terms of layers’ thicknesses.

Résumé

Ce présent travail est consacré à la modélisation de la cinétique de boruration de l’acier AISI 316 dans le domaine de température 1123–1273 K. Un modèle de diffusion basé sur la méthode intégrale a été utilisé dans le but d’étudier la cinétique de formation des couches FeB, Fe₂B et celle de la zone de diffusion formées sur l’acier AISI 316 en considérant la présence des temps d’incubation des borures. Les coefficients de diffusion du bore dans FeB, Fe₂B et dans la zone de diffusion (ZD) ainsi que les valeurs correspondantes des énergies d’activation ont été estimés en utilisant une solution particulière du système algébro-différentiel résultant. Finalement, ce présent diffusion modèle a été expérimentalement validé pour deux conditions de boruration additionnelles (1243 K pour 3 et 5 h de traitement). Une bonne concordance a été observée entre les résultats expérimentaux et simulés en termes d’épaisseurs des couches.