Dankie dat jy Nature.com besoek het.Jy gebruik 'n blaaierweergawe met beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).Daarbenewens, om volgehoue ​​ondersteuning te verseker, wys ons die webwerf sonder style en JavaScript.
Sliders wat drie artikels per skyfie wys.Gebruik die terug- en volgende-knoppies om deur die skyfies te beweeg, of die skyfiebeheerknoppies aan die einde om deur elke skyfie te beweeg.

ASTM A240 304 316 vlekvrye staal medium dik plaat kan gesny en aangepas word China fabrieksprys

Materiaalgraad: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Tipe: Ferritiese, Austeniet, Martensiet, Dupleks
Tegnologie: Koudgewalste en warmgewalste
Sertifisering: ISO9001, CE, SGS elke jaar
Diens: Derdeparty-toetsing
Aflewering: binne 10-15 dae of met inagneming van die hoeveelheid

Vlekvrye staal is 'n ysterlegering wat 'n minimum chroominhoud van 10,5 persent het.Die chroominhoud produseer 'n dun chroomoksiedfilm op die staaloppervlak wat 'n passiveringslaag genoem word.Hierdie laag voorkom dat korrosie op die staaloppervlak voorkom;hoe groter die hoeveelheid chroom in die staal, hoe groter is die weerstand teen korrosie.

Die staal bevat ook verskillende hoeveelhede ander elemente soos koolstof, silikon en mangaan.Ander elemente kan bygevoeg word om weerstand teen korrosie (Nikkel) en vormbaarheid (Molibdeen) te verhoog.

Gedrag van hoëkoolstofmartensitiese vlekvrye staal (HCMSS) wat uit ongeveer 22.5 vol.% karbiede met 'n hoë inhoud van chroom (Cr) en vanadium (V), is gefixeer deur elektronstraalsmelting (EBM).Die mikrostruktuur is saamgestel uit martensiet en oorblywende austeniet fases, submikron hoë V en mikron hoë Cr karbiede is eweredig versprei, en die hardheid is relatief hoog.KoF neem af met ongeveer 14.1% met toenemende bestendige toestandslas as gevolg van die oordrag van materiaal vanaf die verslete baan na die opponerende liggaam.In vergelyking met martensietiese gereedskapstaal wat op dieselfde manier behandel is, is die slytasietempo van HCMSS byna dieselfde by lae toegepaste vragte.Die dominante slytasiemeganisme is die verwydering van die staalmatriks deur skuur gevolg deur oksidasie van die slytbaan, terwyl drie-komponent skuur slytasie plaasvind met toenemende las.Gebiede van plastiese vervorming onder die slytteken geïdentifiseer deur deursnee hardheid kartering.Spesifieke verskynsels wat voorkom as slytasietoestande toeneem, word beskryf as karbiedkrake, hoë vanadiumkarbiedskeur en matryskrake.Hierdie navorsing werp lig op die slytasie-eienskappe van HCMSS-byvoegvervaardiging, wat die weg kan baan vir die vervaardiging van EBM-komponente vir slytasietoepassings wat wissel van skagte tot plastiese spuitvorms.
Vlekvrye staal (SS) is 'n veelsydige familie van staal wat wyd gebruik word in lugvaart, motor, voedsel en baie ander toepassings as gevolg van hul hoë weerstand teen korrosie en geskikte meganiese eienskappe1,2,3.Hul hoë korrosiebestandheid is te danke aan die hoë inhoud van chroom (meer as 11,5 gew. %) in HC, wat bydra tot die vorming van 'n oksiedfilm met 'n hoë chroominhoud op die oppervlak1.Die meeste vlekvrye staal grade het egter 'n lae koolstofinhoud en het dus beperkte hardheid en slytasieweerstand, wat lei tot verminderde dienslewe in slytasieverwante toestelle soos lugvaartlandingskomponente4.Gewoonlik het hulle 'n lae hardheid (in die reeks van 180 tot 450 HV), slegs sommige hittebehandelde martensietiese vlekvrye staal het 'n hoë hardheid (tot 700 HV) en 'n hoë koolstofinhoud (tot 1.2 gew.%), wat kan bydra tot die vorming van martensiet.1. Kortom, 'n hoë koolstofinhoud verlaag die martensitiese transformasie temperatuur, wat die vorming van 'n ten volle martensitiese mikrostruktuur en die verkryging van 'n slytvaste mikrostruktuur teen hoë verkoelingstempo's moontlik maak.Harde fases (bv. karbiede) kan by die staalmatriks gevoeg word om die slytvastheid van die matrys verder te verbeter.
Die bekendstelling van additiewe vervaardiging (AM) kan nuwe materiale produseer met gewenste samestelling, mikrostrukturele kenmerke en voortreflike meganiese eienskappe5,6.Byvoorbeeld, poeierbedsmelting (PBF), een van die mees gekommersialiseerde additiewe sweisprosesse, behels die afsetting van vooraf-gelegeerde poeiers om nou gevormde dele te vorm deur die poeiers te smelt met behulp van hittebronne soos lasers of elektronstrale7.Verskeie studies het getoon dat additief gemasjineerde vlekvrye staalonderdele beter as tradisioneel vervaardigde dele kan presteer.Daar is byvoorbeeld getoon dat austenitiese vlekvrye staal wat aan additiewe verwerking onderwerp is, uitstekende meganiese eienskappe het as gevolg van hul fyner mikrostruktuur (dws Hall-Petch-verwantskappe)3,8,9.Hittebehandeling van AM-behandelde ferritiese vlekvrye staal produseer bykomende neerslae wat meganiese eienskappe soortgelyk aan hul konvensionele eweknieë verskaf3,10.Aangeneem dubbelfase vlekvrye staal met hoë sterkte en hardheid, verwerk deur additiewe verwerking, waar verbeterde meganiese eienskappe te danke is aan chroomryke intermetaalfases in die mikrostruktuur11.Daarbenewens kan verbeterde meganiese eienskappe van additief geharde martensietiese en PH vlekvrye staal verkry word deur die beheer van behoue ​​austeniet in die mikrostruktuur en die optimalisering van bewerking en hitte behandeling parameters 3,12,13,14.
Tot op hede het die tribologiese eienskappe van AM austenitiese vlekvrye staal meer aandag gekry as ander vlekvrye staal.Die tribologiese gedrag van lasersmelting in 'n laag poeier (L-PBF) wat met 316L behandel is, is bestudeer as 'n funksie van die AM-verwerkingsparameters.Dit is getoon dat die vermindering van porositeit deur skandeerspoed te verminder of laserkrag slytasieweerstand te verbeter15,16.Li et al.17 het droë gly slytasie onder verskeie parameters (lading, frekwensie en temperatuur) getoets en gewys dat kamertemperatuur slytasie die hoof slytasie meganisme is, terwyl verhoging van gly spoed en temperatuur oksidasie bevorder.Die gevolglike oksiedlaag verseker die werking van die laer, wrywing neem af met toenemende temperatuur, en die slytasietempo neem toe by hoër temperature.In ander studies het die byvoeging van TiC18-, TiB219- en SiC20-deeltjies tot 'n L-PBF-behandelde 316L-matriks slytasieweerstand verbeter deur 'n digte werkverharde wrywingslaag te vorm met 'n toename in die volumefraksie van harde deeltjies.'n Beskermende oksiedlaag is ook waargeneem in L-PBF12-behandelde PH-staal en SS11-dupleksstaal, wat aandui dat die beperking van teruggehoude austeniet deur na-hittebehandeling12 slytasieweerstand kan verbeter.Soos hier opgesom, is die literatuur hoofsaaklik gefokus op die tribologiese prestasie van die 316L SS-reeks, terwyl daar min data is oor die tribologiese prestasie van 'n reeks martensitiese additief vervaardigde vlekvrye staal met 'n baie hoër koolstofinhoud.
Elektronstraalsmelting (EBM) is 'n tegniek soortgelyk aan L-PBF wat in staat is om mikrostrukture te vorm met vuurvaste karbiede soos hoë vanadium- en chroomkarbiede as gevolg van sy vermoë om hoër temperature en skanderingstempo's te bereik 21, 22. Bestaande literatuur oor EBM-verwerking van vlekvrye staal is hoofsaaklik gefokus op die bepaling van die optimale ELM-verwerkingsparameters om 'n mikrostruktuur sonder krake en porieë te verkry en meganiese eienskappe23, 24, 25, 26 te verbeter, terwyl daar aan die tribologiese eienskappe van EBM-behandelde vlekvrye staal gewerk word.Tot dusver is die slytasiemeganisme van hoë-koolstof-martensitiese vlekvrye staal wat met ELR behandel is, onder beperkte toestande bestudeer, en erge plastiese vervorming is gerapporteer dat dit voorkom onder skuur (skuurpapiertoets), droë en modder-erosie toestande27.
Hierdie studie het die slytasieweerstand en wrywingseienskappe van hoëkoolstofmartensitiese vlekvrye staal wat met ELR behandel is onder droë glytoestande wat hieronder beskryf word, ondersoek.Eerstens is mikrostrukturele kenmerke gekarakteriseer deur gebruik te maak van skandeerelektronmikroskopie (SEM), energieverspreidende X-straalspektroskopie (EDX), X-straaldiffraksie en beeldanalise.Die data wat met hierdie metodes verkry is, word dan gebruik as die basis vir waarnemings van tribologiese gedrag deur middel van droë resiprokerende toetse onder verskeie ladings, en laastens word die verslete oppervlakmorfologie ondersoek met behulp van SEM-EDX en laser profilometers.Die slytasietempo is gekwantifiseer en vergelyk met soortgelyke behandelde martensietiese gereedskapstaal.Dit is gedoen om 'n basis te skep vir die vergelyking van hierdie SS-stelsel met meer algemeen gebruikte slytasiestelsels met dieselfde tipe behandeling.Laastens word 'n deursneekaart van die slytasiepad getoon met behulp van 'n hardheidkarteringalgoritme wat die plastiese vervorming wat tydens kontak voorkom, openbaar.Daar moet kennis geneem word dat die tribologiese toetse vir hierdie studie uitgevoer is om die tribologiese eienskappe van hierdie nuwe materiaal beter te verstaan, en nie om 'n spesifieke toepassing te simuleer nie.Hierdie studie dra by tot 'n beter begrip van die tribologiese eienskappe van 'n nuwe additief vervaardigde martensietiese vlekvrye staal vir slytasietoepassings wat in strawwe omgewings gebruik vereis.
Monsters van hoë-koolstof martensitiese vlekvrye staal (HCMSS) behandel met ELR onder die handelsnaam Vibenite® 350 is ontwikkel en verskaf deur VBN Components AB, Swede.Die nominale chemiese samestelling van die monster: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (gew.%).Eerstens is droë glymonsters (40 mm × 20 mm × 5 mm) gemaak van die verkrygde reghoekige monsters (42 mm × 22 mm × 7 mm) sonder enige na-termiese behandeling met behulp van elektriese ontladingsbewerking (EDM).Daarna is die monsters agtereenvolgens gemaal met SiC-skuurpapier met 'n korrelgrootte van 240 tot 2400 R om 'n oppervlakruwheid (Ra) van ongeveer 0.15 μm te verkry.Daarbenewens monsters van EBM-behandelde hoë-koolstof martensitiese gereedskapstaal (HCMTS) met 'n nominale chemiese samestelling van 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (gew. .%) (kommersieel bekend as Vibenite® 150) Ook op dieselfde manier voorberei.HCMTS bevat 8% karbiede per volume en word slegs gebruik om HCMSS-slytasietempo-data te vergelyk.
Mikrostrukturele karakterisering van HCMSS is uitgevoer met behulp van 'n SEM (FEI Quanta 250, VSA) toegerus met 'n energieverspreidende X-straal (EDX) XMax80 detektor van Oxford Instruments.Drie ewekansige mikrofoto's wat 3500 µm2 bevat, is in terugverstrooi elektron (BSE) modus geneem en dan geanaliseer met gebruik van beeldanalise (ImageJ®)28 om area breuk (dws volume breuk), grootte en vorm te bepaal.As gevolg van die waargenome kenmerkende morfologie, is die oppervlaktefraksie gelyk aan die volumefraksie geneem.Daarbenewens word die vormfaktor van karbiede bereken deur die vormfaktorvergelyking (Shfa) te gebruik:
Hier is Ai die oppervlakte van die karbied (µm2) en Pi is die omtrek van die karbied (µm)29.Om die fases te identifiseer, is poeier X-straaldiffraksie (XRD) uitgevoer met behulp van 'n X-straaldiffraktometer (Bruker D8 Discover met 'n LynxEye 1D strookdetektor) met Co-Kα bestraling (λ = 1,79026 Å).Skandeer die monster oor die 2θ-reeks van 35° tot 130° met 'n stapgrootte van 0.02° en 'n staptyd van 2 sekondes.Die XRD-data is ontleed met behulp van die Diffract.EVA-sagteware, wat die kristallografiese databasis in 2021 opgedateer het. Daarbenewens is 'n Vickers-hardheidstoetser (Struers Durascan 80, Oostenryk) gebruik om die mikrohardheid te bepaal.Volgens die ASTM E384-17 30-standaard is 30 afdrukke op metallografies voorbereide monsters gemaak in 0.35 mm inkremente vir 10 s by 5 kgf.Die skrywers het voorheen die mikrostrukturele kenmerke van HCMTS31 gekarakteriseer.
’n Balplaat-tribometer (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, VSA) is gebruik om droë heen-en-weer slytasietoetse uit te voer, waarvan die konfigurasie elders uiteengesit word31.Die toetsparameters is soos volg: volgens standaard 32 ASTM G133-05, las 3 N, frekwensie 1 Hz, slag 3 mm, duur 1 uur.Aluminiumoksiedballetjies (Al2O3, akkuraatheidsklas 28/ISO 3290) met 'n deursnee van 10 mm met 'n makrohardheid van ongeveer 1500 HV en 'n oppervlakruwheid (Ra) van ongeveer 0,05 µm, verskaf deur Redhill Precision, Tsjeggiese Republiek, is as teengewigte gebruik .Balansering is gekies om die effekte van oksidasie wat kan voorkom as gevolg van balansering te voorkom en om die slytasiemeganismes van monsters onder erge slytasietoestande beter te verstaan.Daar moet kennis geneem word dat die toetsparameters dieselfde is as in Verw.8 om slytasietempo-data met bestaande studies te vergelyk.Daarbenewens is 'n reeks resiprokerende toetse met 'n las van 10 N uitgevoer om die tribologiese prestasie by hoër ladings te verifieer, terwyl ander toetsparameters konstant gebly het.Aanvanklike kontakdrukke volgens Hertz is onderskeidelik 7,7 MPa en 11,5 MPa by 3 N en 10 N.Tydens die slytasietoets is die wrywingskrag teen 'n frekwensie van 45 Hz aangeteken en die gemiddelde wrywingskoëffisiënt (CoF) is bereken.Vir elke vrag is drie metings onder omgewingstoestande geneem.
Die slytasiebaan is ondersoek met behulp van die SEM wat hierbo beskryf is, en die EMF-analise is uitgevoer met behulp van Aztec Acquisition slytasie-oppervlakanalise sagteware.Die verslete oppervlak van die gepaarde kubus is ondersoek met behulp van 'n optiese mikroskoop (Keyence VHX-5000, Japan).'n Nie-kontak laserprofileerder (NanoFocus µScan, Duitsland) het die slytasiemerk geskandeer met 'n vertikale resolusie van ±0.1 µm langs die z-as en 5 µm langs die x- en y-asse.Die slyttekenoppervlakprofielkaart is in Matlab® geskep deur x, y, z koördinate verkry uit die profielmetings.Verskeie vertikale slytbaanprofiele wat uit die oppervlakprofielkaart onttrek word, word gebruik om die slytasievolumeverlies op die slytbaan te bereken.Die volumeverlies is bereken as die produk van die gemiddelde deursnee-area van die draadprofiel en die lengte van die slytbaan, en bykomende besonderhede van hierdie metode is voorheen deur die skrywers beskryf33.Van hier af word die spesifieke slytasietempo (k) verkry uit die volgende formule:
Hier is V die volumeverlies as gevolg van slytasie (mm3), W is die toegepaste las (N), L is die glyafstand (mm), en k is die spesifieke slytasietempo (mm3/Nm)34.Wrywingdata en oppervlakprofielkaarte vir HCMTS is ingesluit in aanvullende materiaal (Aanvullende Figuur S1 en Figuur S2) om HCMSS-slytasiekoerse te vergelyk.
In hierdie studie is 'n deursnee-hardheidskaart van die slytasiebaan gebruik om die plastiese vervormingsgedrag (dws werkverharding as gevolg van kontakdruk) van die slytasiesone te demonstreer.Die gepoleerde monsters is gesny met 'n aluminiumoksied snywiel op 'n snymasjien (Struers Accutom-5, Oostenryk) en gepoleer met SiC skuurpapier grade van 240 tot 4000 P langs die dikte van die monsters.Mikrohardheidsmeting by 0.5 kgf 10 s en 0.1 mm afstand in ooreenstemming met ASTM E348-17.Die afdrukke is op 'n 1.26 × 0.3 mm2 reghoekige rooster ongeveer 60 µm onder die oppervlak geplaas (Figuur 1) en dan is 'n hardheidskaart gelewer deur gebruik te maak van pasgemaakte Matlab®-kode wat elders beskryf is35.Daarbenewens is die mikrostruktuur van die dwarssnit van die slytasiesone ondersoek deur gebruik te maak van SEM.
Skematiese slytasiemerk wat die ligging van die deursnit (a) aandui en 'n optiese mikrograaf van die hardheidskaart wat die merk wat in die dwarssnit (b) geïdentifiseer is, aantoon.
Die mikrostruktuur van HCMSS behandel met ELP bestaan ​​uit 'n homogene karbied netwerk omring deur 'n matriks (Fig. 2a, b).EDX-analise het getoon dat die grys en donker karbiede onderskeidelik chroom- en vanadiumryke karbiede was (Tabel 1).Bereken uit beeldanalise, word die volumefraksie van karbiede geskat op ~22.5% (~18.2% hoë chroomkarbiede en ~4.3% hoë vanadiumkarbiede).Die gemiddelde korrelgroottes met standaardafwykings is 0.64 ± 0.2 µm en 1.84 ± 0.4 µm vir V- en Cr-ryke karbiede, onderskeidelik (Fig. 2c, d).Hoë V-karbiede is geneig om ronder te wees met 'n vormfaktor (±SD) van ongeveer 0.88±0.03 omdat vormfaktorwaardes naby aan 1 ooreenstem met ronde karbiede.Daarteenoor is hoë chroomkarbiede nie perfek rond nie, met 'n vormfaktor van ongeveer 0.56 ± 0.01, wat as gevolg van agglomerasie kan wees.Martensiet (α, bcc) en behoue ​​austeniet (γ', fcc) diffraksie pieke is opgespoor op die HCMSS X-straal patroon soos getoon in Fig. 2e.Daarbenewens toon die X-straalpatroon die teenwoordigheid van sekondêre karbiede.Hoë chroomkarbiede is geïdentifiseer as M3C2 en M23C6 tipe karbiede.Volgens die literatuurdata is 36,37,38 diffraksiepieke van VC-karbiede by ≈43° en 63° aangeteken, wat daarop dui dat die VC-pieke deur die M23C6-pieke van chroomryke karbiede gemasker is (Fig. 2e).
Mikrostruktuur van hoë-koolstof martensitiese vlekvrye staal behandel met EBL (a) by lae vergroting en (b) by hoë vergroting, wat chroom- en vanadiumryke karbiede en 'n vlekvrye staalmatriks (elektron-terugstrooimodus) toon.Staafgrafieke wat die korrelgrootteverspreiding van chroomryke (c) en vanadiumryke (d) karbiede aantoon.Die X-straalpatroon toon die teenwoordigheid van martensiet, behoue ​​austeniet en karbiede in die mikrostruktuur (d).
Die gemiddelde mikrohardheid is 625.7 + 7.5 HV5, wat 'n relatief hoë hardheid toon in vergelyking met konvensioneel verwerkte martensitiese vlekvrye staal (450 HV)1 sonder hittebehandeling.Die nano-inkepingshardheid van hoë V-karbiede en hoë Cr-karbiede word onderskeidelik tussen 12 en 32.5 GPa39 en 13–22 GPa40 gerapporteer.Die hoë hardheid van HCMSS wat met ELP behandel is, is dus te wyte aan die hoë koolstofinhoud, wat die vorming van 'n karbiednetwerk bevorder.Dus, HSMSS behandel met ELP toon goeie mikrostrukturele eienskappe en hardheid sonder enige bykomende na-termiese behandeling.
Krommes van die gemiddelde wrywingskoëffisiënt (CoF) vir monsters by 3 N en 10 N word in Figuur 3 aangebied, die reeks minimum en maksimum wrywingwaardes is gemerk met deurskynende skakering.Elke kurwe toon 'n inloopfase en 'n bestendige fase.Die inloopfase eindig op 1.2 m met 'n CoF (±SD) van 0.41 ± 0.24.3 N en op 3.7 m met 'n CoF van 0.71 ± 0.16.10 N, voordat dit die fasebestendige toestand betree wanneer wrywing ophou.verander nie vinnig nie.As gevolg van die klein kontakarea en die growwe aanvanklike plastiese vervorming, het die wrywingskrag vinnig toegeneem tydens die inloopstadium by 3 N en 10 N, waar 'n hoër wrywingskrag en 'n langer glyafstand by 10 N voorgekom het, wat as gevolg van aan die feit dat In vergelyking met 3 N, oppervlakskade hoër is.Vir 3 N en 10 N is die CoF-waardes in die stilstaande fase onderskeidelik 0.78 ± 0.05 en 0.67 ± 0.01.CoF is feitlik stabiel by 10 N en neem geleidelik toe by 3 N. In die beperkte literatuur wissel die CoF van L-PBF behandelde vlekvrye staal in vergelyking met keramiek reaksie liggame by lae toegepaste ladings van 0.5 tot 0.728, 20, 42, wat in goeie ooreenstemming met gemete COF-waardes in hierdie studie.Die afname in CoF met toenemende las in bestendige toestand (ongeveer 14.1%) kan toegeskryf word aan oppervlakdegradasie wat plaasvind by die raakvlak tussen die verslete oppervlak en die eweknie, wat verder in die volgende afdeling bespreek sal word deur die ontleding van die oppervlak van die verslete monsters.
Wrywingskoëffisiënte van VSMSS monsters behandel met ELP op gly paaie by 3 N en 10 N, 'n stilstaande fase is gemerk vir elke kurwe.
Die spesifieke slytasietempo's van HKMS (625.7 HV) word geskat op 6.56 ± 0.33 × 10–6 mm3/Nm en 9.66 ± 0.37 × 10–6 mm3/Nm by 3 N en 10 N, onderskeidelik (Fig. . 4).Dus neem die slytasietempo toe met toenemende las, wat in goeie ooreenstemming is met bestaande studies oor austeniet behandel met L-PBF en PH SS17,43.Onder dieselfde tribologiese toestande is die slytasietempo by 3 N ongeveer een vyfde van dié vir austenitiese vlekvrye staal wat met L-PBF behandel is (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), soos in die vorige geval .8. Daarbenewens was die slytasietempo van HCMSS by 3 N aansienlik laer as konvensioneel gemasjineerde austenitiese vlekvrye staalsoorte en, in die besonder, hoër as hoogs isotropiese gedrukte (k = 4.20 ± 0.3 × 10–5 mm3)./Nm, 176 HV) en gegote (k = 4.70 ± 0.3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) gemasjineerde austenitiese vlekvrye staal, 8, onderskeidelik.In vergelyking met hierdie studies in die literatuur, word die verbeterde slytasieweerstand van HCMSS toegeskryf aan die hoë koolstofinhoud en die gevormde karbiednetwerk wat hoër hardheid tot gevolg het as additief gemasjineerde austenitiese vlekvrye staal wat konvensioneel gemasjineer is.Om die slytasietempo van HCMSS-monsters verder te bestudeer, is 'n soortgelyke gemasjineerde hoëkoolstof-martensitiese gereedskapstaal (HCMTS)-monster (met 'n hardheid van 790 HV) onder soortgelyke toestande (3 N en 10 N) getoets vir vergelyking;Aanvullende materiaal is die HCMTS Surface Profile Map (Aanvullende Figuur S2).Die slytasietempo van HCMSS (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 mm3/Nm) is amper dieselfde as dié van HCMTS by 3 N (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 mm3/Nm), wat uitstekende slytasieweerstand aandui. .Hierdie eienskappe word hoofsaaklik toegeskryf aan die mikrostrukturele kenmerke van HCMSS (dws hoë karbiedinhoud, grootte, vorm en verspreiding van karbieddeeltjies in die matriks, soos beskryf in Afdeling 3.1).Soos voorheen berig31,44, beïnvloed die karbiedinhoud die breedte en diepte van die slytteken en die meganisme van mikro-skuur slytasie.Die karbiedinhoud is egter onvoldoende om die matrys by 10 N te beskerm, wat lei tot verhoogde slytasie.In die volgende afdeling word slytasie-oppervlakmorfologie en -topografie gebruik om die onderliggende slytasie- en vervormingsmeganismes wat die slytasietempo van HCMSS beïnvloed, te verduidelik.By 10 N is die slytasietempo van VCMSS (k = 9.66 ± 0.37 × 10–6 mm3/Nm) hoër as dié van VKMTS (k = 5.45 ± 0.69 × 10–6 mm3/Nm).Inteendeel, hierdie slytasietempo's is steeds redelik hoog: onder soortgelyke toetstoestande is die slytasietempo van bedekkings gebaseer op chroom en stelliet laer as dié van HCMSS45,46.Ten slotte, as gevolg van die hoë hardheid van die alumina (1500 HV), was die paringsslytasietempo weglaatbaar en is tekens van materiaaloordrag vanaf die monster na die aluminiumballe gevind.
Spesifieke slytasie in ELR-bewerking van hoë-koolstof-martensitiese vlekvrye staal (HMCSS), ELR-bewerking van hoë-koolstof-martensitiese gereedskapstaal (HCMTS) en L-PBF, giet en hoë isotropiese pers (HIP) bewerking van austenitiese vlekvrye staal (316LSS) by verskeie toepassings spoed word gelaai.Die spreidingsdiagram toon die standaardafwyking van die metings.Data vir austenitiese vlekvrye staal is geneem uit 8.
Terwyl hardebedekkings soos chroom en stelliet beter slytasieweerstand kan bied as additief gemasjineerde legeringstelsels, kan additiewe bewerking (1) mikrostruktuur verbeter, veral vir materiale met 'n wye verskeidenheid digthede.bewerkings op die einddeel;en (3) skepping van nuwe oppervlaktopologieë soos geïntegreerde vloeistofdinamiese laers.Daarbenewens bied AM geometriese ontwerp buigsaamheid.Hierdie studie is besonder nuut en belangrik aangesien dit van kritieke belang is om die slytasie-eienskappe van hierdie nuutontwikkelde metaallegerings met EBM toe te lig, waarvoor die huidige literatuur baie beperk is.
Die morfologie van die verslete oppervlak en die morfologie van die verslete monsters by 3 N word in fig.5, waar die hoofslytasiemeganisme skuur is, gevolg deur oksidasie.Eerstens word die staalsubstraat plasties vervorm en dan verwyder om groewe van 1 tot 3 µm diep te vorm, soos getoon in die oppervlakprofiel (Fig. 5a).As gevolg van die wrywingshitte wat deur voortdurende gly gegenereer word, bly die verwyderde materiaal by die koppelvlak van die tribologiese sisteem, wat 'n tribologiese laag vorm wat bestaan ​​uit klein eilande van hoë ysteroksied wat hoë chroom- en vanadiumkarbiede omring (Figuur 5b en Tabel 2).), soos ook gerapporteer vir austenitiese vlekvrye staal behandel met L-PBF15,17.Op fig.5c toon intense oksidasie wat in die middel van die slytiek voorkom.Die vorming van die wrywingslaag word dus vergemaklik deur die vernietiging van die wrywingslaag (dws die oksiedlaag) (Fig. 5f) of die verwydering van materiaal vind plaas in swak areas binne die mikrostruktuur, waardeur die verwydering van materiaal versnel word.In beide gevalle lei die vernietiging van die wrywingslaag tot die vorming van slytasieprodukte by die koppelvlak, wat die rede kan wees vir die neiging tot 'n toename in CoF in die bestendige toestand 3N (Fig. 3).Daarbenewens is daar tekens van drieledige slytasie wat veroorsaak word deur oksiede en los slytasiedeeltjies op die slytbaan, wat uiteindelik lei tot die vorming van mikroskrape op die substraat (Fig. 5b, e)9,12,47.
Oppervlakprofiel (a) en mikrofoto's (b–f) van die slytasie-oppervlakmorfologie van hoë-koolstof martensitiese vlekvrye staal behandel met ELP by 3 N, deursnee van die slytasiemerk in BSE-modus (d) en optiese mikroskopie van die slytasie oppervlak by 3 N (g) alumina-sfere.
Glipbande wat op die staalsubstraat gevorm word, wat plastiese vervorming as gevolg van slytasie aandui (Fig. 5e).Soortgelyke resultate is ook verkry in 'n studie van die slytasiegedrag van SS47 austenitiese staal wat met L-PBF behandel is.Die heroriëntasie van vanadiumryke karbiede dui ook op plastiese vervorming van die staalmatriks tydens gly (Fig. 5e).Mikrograwe van die deursnee van die slytasiemerk toon die teenwoordigheid van klein ronde putte omring deur mikrokrake (Fig. 5d), wat kan wees as gevolg van oormatige plastiese vervorming naby die oppervlak.Die materiaaloordrag na die aluminiumoksiedsfere was beperk, terwyl die sfere ongeskonde gebly het (Fig. 5g).
Die breedte en diepte van slytasie van die monsters het toegeneem met toenemende las (by 10 N), soos getoon in die oppervlak topografie kaart (Fig. 6a).Skuur en oksidasie is steeds die dominante slytasiemeganismes, en 'n toename in die aantal mikroskrape op die slytbaan dui daarop dat driedelige slytasie ook by 10 N voorkom (Fig. 6b).EDX-analise het die vorming van ysterryke oksied-eilande getoon.Die Al-pieke in die spektra het bevestig dat die oordrag van die stof vanaf die teenparty na die monster by 10 N plaasgevind het (Fig. 6c en Tabel 3), terwyl dit nie by 3 N waargeneem is nie (Tabel 2).Drie-liggaamslytasie word veroorsaak deur slytasiedeeltjies van oksiedeilande en analoë, waar gedetailleerde EDX-analise materiaaloordrag van analoë aan die lig gebring het (Aanvullende Figuur S3 en Tabel S1).Die ontwikkeling van oksiede-eilande word geassosieer met diep kuile, wat ook in 3N waargeneem word (Fig. 5).Kraking en fragmentasie van karbiede kom hoofsaaklik voor in karbiede ryk aan 10 N Cr (Fig. 6e, f).Boonop vlok hoë V-karbiede en slyt die omliggende matriks, wat weer drieledige slytasie veroorsaak.'n Put soortgelyk in grootte en vorm aan dié van die hoë V-karbied (in rooi sirkel uitgelig) het ook in die dwarssnit van die baan verskyn (Fig. 6d) (sien karbiedgrootte en -vormontleding. 3.1), wat aandui dat die hoë V karbied V kan van die matriks afskilfer by 10 N. Die ronde vorm van hoë V-karbiede dra by tot die trek-effek, terwyl geagglomereerde hoë Cr-karbiede geneig is om te kraak (Fig. 6e, f).Hierdie mislukkingsgedrag dui daarop dat die matriks sy vermoë om plastiese vervorming te weerstaan ​​oorskry het en dat die mikrostruktuur nie voldoende impaksterkte by 10 N verskaf nie. Vertikale krake onder die oppervlak (Fig. 6d) dui op die intensiteit van plastiese vervorming wat tydens gly plaasvind.Soos die las toeneem is daar 'n oordrag van materiaal vanaf die verslete baan na die aluminabal (Fig. 6g), wat bestendige toestand kan wees by 10 N. Die hoofrede vir die afname in CoF-waardes (Fig. 3).
Oppervlakprofiel (a) en mikrofoto's (b–f) van verslete oppervlaktopografie (b–f) van hoë-koolstof martensitiese vlekvrye staal behandel met EBA teen 10 N, slytbaan deursnit in BSE modus (d) en optiese mikroskoop oppervlak van alumina-sfeer by 10 N (g).
Tydens glyslytasie word die oppervlak aan teenliggaam-geïnduseerde druk- en skuifspannings onderwerp, wat lei tot aansienlike plastiese vervorming onder die verslete oppervlak34,48,49.Daarom kan werkverharding onder die oppervlak voorkom as gevolg van plastiese vervorming, wat die slytasie en vervormingsmeganismes wat die slytgedrag van 'n materiaal bepaal, beïnvloed.Daarom is deursnee-hardheidskartering (soos uiteengesit in Afdeling 2.4) in hierdie studie uitgevoer om die ontwikkeling van 'n plastiese vervormingsone (PDZ) onder die slytasiepad as 'n funksie van las te bepaal.Aangesien, soos in die vorige afdelings genoem, duidelike tekens van plastiese vervorming onder die slytasiespoor (Fig. 5d, 6d), veral by 10 N, waargeneem is.
Op fig.Figuur 7 toon deursnee-hardheidsdiagramme van slytasiemerke van HCMSS behandel met ELP by 3 N en 10 N. Dit is opmerklik dat hierdie hardheidwaardes as 'n indeks gebruik is om die effek van werkverharding te evalueer.Die verandering in hardheid onder die slytasiemerk is van 667 tot 672 HV by 3 N (Fig. 7a), wat aandui dat die werkverharding weglaatbaar is.Vermoedelik, as gevolg van die lae resolusie van die mikrohardheidskaart (dws die afstand tussen die merke), kon die toegepaste hardheidmetingsmetode nie veranderinge in hardheid opspoor nie.Inteendeel, PDZ-sones met hardheidwaardes van 677 tot 686 HV met 'n maksimum diepte van 118 µm en 'n lengte van 488 µm is waargeneem by 10 N (Fig. 7b), wat met die breedte van die slytbaan korreleer ( Fig. 6a)).Soortgelyke data oor PDZ grootte variasie met las is gevind in 'n slytasie studie op SS47 behandel met L-PBF.Die resultate toon dat die teenwoordigheid van teruggehoude austeniet die rekbaarheid van additief vervaardigde staal 3, 12, 50 beïnvloed, en teruggehoude austeniet verander in martensiet tydens plastiese vervorming (plastiese effek van fasetransformasie), wat die werkverharding van die staal verbeter.staal 51. Aangesien die VCMSS-monster behoue ​​austeniet bevat het in ooreenstemming met die X-straaldiffraksiepatroon wat vroeër bespreek is (Fig. 2e), is daar voorgestel dat behoue ​​austeniet in die mikrostruktuur in martensiet kon transformeer tydens kontak, en sodoende die hardheid van PDZ verhoog ( Fig. 7b).Daarbenewens dui die vorming van glip wat op die slytbaan voorkom (Fig. 5e, 6f) ook op plastiese vervorming wat veroorsaak word deur ontwrigtingglip onder die werking van skuifspanning by glykontak.Die skuifspanning wat by 3 N geïnduseer is, was egter onvoldoende om 'n hoë ontwrigtingsdigtheid te produseer of die transformasie van behoue ​​austeniet na martensiet waargeneem deur die metode wat gebruik is, dus is werkverharding slegs by 10 N waargeneem (Fig. 7b).
Dwarsdeursnee-hardheiddiagramme van slytspore van hoë-koolstof martensitiese vlekvrye staal wat aan elektriese ontladingsbewerking by 3 N (a) en 10 N (b) onderwerp is.
Hierdie studie toon die slytasiegedrag en mikrostrukturele eienskappe van 'n nuwe hoëkoolstof martensitiese vlekvrye staal wat met ELR behandel is.Droë slytasietoetse is uitgevoer in gly onder verskeie vragte, en verslete monsters is ondersoek met behulp van elektronmikroskopie, laserprofilometer en hardheidskaarte van deursnee van slytspore.
Mikrostruktuuranalise het 'n eenvormige verspreiding van karbiede met 'n hoë inhoud van chroom (~18.2% karbiede) en vanadium (~4.3% karbiede) in 'n matriks van martensiet en behoue ​​austeniet met relatief hoë mikrohardheid getoon.Die dominante slytasiemeganismes is slytasie en oksidasie by lae vragte, terwyl drieliggaamslytasie wat veroorsaak word deur gestrekte hoë-V-karbiede en loskorreloksiede ook bydra tot slytasie by toenemende vragte.Die slytasietempo is beter as L-PBF en konvensionele gemasjineerde austenitiese vlekvrye staal, en selfs soortgelyk aan dié van EBM-bewerkte gereedskapstaal teen lae vragte.Die CoF-waarde neem af met toenemende las as gevolg van die oordrag van materiaal na die teenoorgestelde liggaam.Deur die deursnee-hardheidskarteringmetode te gebruik, word die plastiese vervormingsone onder die slytasiemerk getoon.Moontlike korrelverfyning en fase-oorgange in die matriks kan verder ondersoek word deur elektron-terugstrooidiffraksie te gebruik om die effekte van werkverharding beter te verstaan.Die lae resolusie van die mikrohardheidskaart laat nie visualisering van slytasiesone-hardheid by lae toegepaste ladings toe nie, so nano-inkeping kan hoër resolusie-hardheidsveranderinge met dieselfde metode verskaf.
Hierdie studie bied vir die eerste keer 'n omvattende ontleding van die slytweerstand en wrywingseienskappe van 'n nuwe hoë-koolstof martensitiese vlekvrye staal wat met ELR behandel is.Met inagneming van die geometriese ontwerpvryheid van AM en die moontlikheid om bewerkingstappe met AM te verminder, kan hierdie navorsing die weg baan vir die vervaardiging van hierdie nuwe materiaal en die gebruik daarvan in slytasieverwante toestelle van skagte tot plastiese spuitvorms met ingewikkelde verkoelingskanaal.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, vol.255 (American Society of Aeronautics and Astronautics, 2018).
Bajaj, P. et al.Staal in bykomende vervaardiging: 'n oorsig van sy mikrostruktuur en eienskappe.alma mater.die wetenskap.projek.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. en Passeggio, F. Skade aan die slytasieoppervlak van EN 3358 vlekvrye staal lugvaartkomponente tydens gly.Broederskap.Ed.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. et al.Bykomende vervaardiging van metaalkomponente – proses, struktuur en werkverrigting.Programmering.alma mater.die wetenskap.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. en Emmelmann S. Produksie van metaalbymiddels.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM Internasionaal.Standaardterminologie vir bykomende vervaardigingstegnologie.Vinnige produksie.Assistent-professor.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.Meganiese en tribologiese eienskappe van 316L vlekvrye staal - vergelyking van selektiewe lasersmelting, warmpers en konvensionele gietwerk.Voeg by.vervaardiger.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., en Pham, MS Mikrostruktuur Bydrae tot additief vervaardigde 316L vlekvrye staal droë gly slytasie meganismes en anisotropie.alma mater.des.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. en Tatlock GJ Meganiese reaksie en meganismes van vervorming van staalstrukture gehard met ysteroksiedverspreiding verkry deur selektiewe lasersmelting.tydskrif.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI en Akhtar, F. Hoër orde meganiese sterkte na hittebehandeling van SLM 2507 by kamer- en verhoogde temperature, aangehelp deur harde/rekbare sigma-neerslag.Metaal (Basel).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., en Li, S. Mikrostruktuur, post-hitte reaksie en tribologiese eienskappe van 3D-gedrukte 17-4 PH vlekvrye staal.Dra 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., en Zhang, L. Verdichtingsgedrag, mikrostruktuur-evolusie en meganiese eienskappe van TiC/AISI420-vlekvrye staal-samestellings vervaardig deur selektiewe lasersmelting.alma mater.des.187, 1–13 (2020).
Zhao X. et al.Vervaardiging en karakterisering van AISI 420 vlekvrye staal met behulp van selektiewe lasersmelting.alma mater.vervaardiger.proses.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. en Alrbey K. Gly-slytasie-eienskappe en korrosiegedrag van selektiewe lasersmelting van 316L vlekvrye staal.J. Alma mater.projek.uitvoer.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. et al.Wrywing en slytasie van poeierbed-vlekvrye staal onder oliesmeer [J].Tribiol.interne 104, 183–190 (2016).