Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.

ASTM A240 304 316 από ανοξείδωτο χάλυβα μεσαίου πάχους πλάκα μπορεί να κοπεί και να προσαρμοστεί Κίνα εργοστασιακή τιμή

Βαθμός υλικού: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Τύπος: Ferritic, Austenite, Martensite, Duplex
Τεχνολογία: Ψυχρής έλασης και θερμής έλασης
Πιστοποιήσεις: ISO9001, CE, SGS κάθε χρόνο
Υπηρεσία: Δοκιμές τρίτων
Παράδοση: εντός 10-15 ημερών ή λαμβάνοντας υπόψη την ποσότητα

Ο ανοξείδωτος χάλυβας είναι ένα κράμα σιδήρου που έχει ελάχιστη περιεκτικότητα σε χρώμιο 10,5 τοις εκατό.Η περιεκτικότητα σε χρώμιο παράγει ένα λεπτό φιλμ οξειδίου του χρωμίου στην επιφάνεια του χάλυβα που ονομάζεται στρώμα παθητικοποίησης.Αυτό το στρώμα εμποδίζει τη διάβρωση στην επιφάνεια του χάλυβα.Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα χρωμίου στον χάλυβα, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντίσταση στη διάβρωση.

Ο χάλυβας περιέχει επίσης ποικίλες ποσότητες άλλων στοιχείων όπως άνθρακα, πυρίτιο και μαγγάνιο.Μπορούν να προστεθούν άλλα στοιχεία για την αύξηση της αντοχής στη διάβρωση (νικέλιο) και της μορφοποίησης (μολυβδαίνιο).

Συμπεριφορά μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (HCMSS) που αποτελείται από περίπου 22,5 vol.% καρβιδίων με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο (Cr) και βανάδιο (V), σταθεροποιήθηκε με τήξη δέσμης ηλεκτρονίων (EBM).Η μικροδομή αποτελείται από φάσεις μαρτενσίτη και υπολειμματικού ωστενίτη, τα καρβίδια υψηλού V και micron υψηλού Cr είναι ομοιόμορφα κατανεμημένα και η σκληρότητα είναι σχετικά υψηλή.Το CoF μειώνεται κατά περίπου 14,1% με την αύξηση του φορτίου σταθερής κατάστασης λόγω μεταφοράς υλικού από τη φθαρμένη τροχιά στο αντίθετο σώμα.Σε σύγκριση με μαρτενσιτικούς χάλυβες εργαλείων που έχουν υποστεί παρόμοια επεξεργασία, ο ρυθμός φθοράς του HCMSS είναι σχεδόν ο ίδιος σε χαμηλά φορτία που εφαρμόζονται.Ο κυρίαρχος μηχανισμός φθοράς είναι η αφαίρεση της χαλύβδινης μήτρας με τριβή που ακολουθείται από οξείδωση της τροχιάς φθοράς, ενώ η λειαντική φθορά τριών συστατικών εμφανίζεται με αυξανόμενο φορτίο.Περιοχές πλαστικής παραμόρφωσης κάτω από την ουλή φθοράς που εντοπίστηκαν με χαρτογράφηση σκληρότητας διατομής.Ειδικά φαινόμενα που συμβαίνουν καθώς αυξάνονται οι συνθήκες φθοράς περιγράφονται ως ρωγμές καρβιδίου, ρήξη καρβιδίου υψηλού βαναδίου και σκάσιμο καλουπιού.Αυτή η έρευνα ρίχνει φως στα χαρακτηριστικά φθοράς της κατασκευής πρόσθετων HCMSS, τα οποία θα μπορούσαν να ανοίξουν το δρόμο για την παραγωγή εξαρτημάτων EBM για εφαρμογές φθοράς που κυμαίνονται από άξονες έως καλούπια έγχυσης πλαστικού.
Ο ανοξείδωτος χάλυβας (SS) είναι μια ευέλικτη οικογένεια χάλυβα που χρησιμοποιείται ευρέως στην αεροδιαστημική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τα τρόφιμα και πολλές άλλες εφαρμογές λόγω της υψηλής αντοχής στη διάβρωση και των κατάλληλων μηχανικών ιδιοτήτων1,2,3.Η υψηλή τους αντοχή στη διάβρωση οφείλεται στην υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο (πάνω από 11,5 wt. %) σε HC, το οποίο συμβάλλει στο σχηματισμό ενός φιλμ οξειδίου με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο στην επιφάνεια1.Ωστόσο, οι περισσότερες ποιότητες ανοξείδωτου χάλυβα έχουν χαμηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα και επομένως έχουν περιορισμένη σκληρότητα και αντοχή στη φθορά, με αποτέλεσμα μειωμένη διάρκεια ζωής σε συσκευές που σχετίζονται με τη φθορά, όπως εξαρτήματα προσγείωσης αεροδιαστημικής4.Συνήθως έχουν χαμηλή σκληρότητα (στην περιοχή από 180 έως 450 HV), μόνο ορισμένοι μαρτενσιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες που έχουν υποστεί θερμική επεξεργασία έχουν υψηλή σκληρότητα (έως 700 HV) και υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα (έως 1,2 wt%), γεγονός που μπορεί να συμβάλει στην σχηματισμός μαρτενσίτη.1. Εν ολίγοις, μια υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα μειώνει τη θερμοκρασία του μαρτενσιτικού μετασχηματισμού, επιτρέποντας το σχηματισμό μιας πλήρως μαρτενσιτικής μικροδομής και την απόκτηση μιας ανθεκτικής στη φθορά μικροδομής σε υψηλούς ρυθμούς ψύξης.Μπορούν να προστεθούν σκληρές φάσεις (π.χ. καρβίδια) στη μήτρα χάλυβα για περαιτέρω βελτίωση της αντοχής στη φθορά της μήτρας.
Η εισαγωγή της παραγωγής προσθέτων (AM) μπορεί να παράγει νέα υλικά με επιθυμητή σύνθεση, μικροδομικά χαρακτηριστικά και ανώτερες μηχανικές ιδιότητες5,6.Για παράδειγμα, η τήξη σε στρώμα σκόνης (PBF), μια από τις πιο εμπορευματοποιημένες διεργασίες συγκόλλησης πρόσθετων, περιλαμβάνει την εναπόθεση προ-κράματων κόνεων για να σχηματιστούν στενά διαμορφωμένα μέρη με τήξη των σκονών χρησιμοποιώντας πηγές θερμότητας όπως λέιζερ ή δέσμες ηλεκτρονίων7.Αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι τα εξαρτήματα από ανοξείδωτο χάλυβα που έχουν υποστεί πρόσθετη κατεργασία μπορούν να ξεπεράσουν τα παραδοσιακά κατασκευασμένα εξαρτήματα.Για παράδειγμα, οι ωστενιτικοί ανοξείδωτοι χάλυβες που υποβάλλονται σε επεξεργασία με πρόσθετα έχει αποδειχθεί ότι έχουν ανώτερες μηχανικές ιδιότητες λόγω της λεπτότερης μικροδομής τους (δηλαδή, σχέσεις Hall-Petch)3,8,9.Η θερμική επεξεργασία του επεξεργασμένου με ΑΜ φερριτικό ανοξείδωτο χάλυβα παράγει επιπλέον ιζήματα που παρέχουν μηχανικές ιδιότητες παρόμοιες με τα συμβατικά αντίστοιχά τους3,10.Υιοθετημένος διφασικός ανοξείδωτος χάλυβας με υψηλή αντοχή και σκληρότητα, επεξεργασμένος με επεξεργασία πρόσθετων, όπου οι βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες οφείλονται στις πλούσιες σε χρώμιο διαμεταλλικές φάσεις στη μικροδομή11.Επιπλέον, βελτιωμένες μηχανικές ιδιότητες των σκληρυμένων με πρόσθετα μαρτενσιτικών και ανοξείδωτων χάλυβων με PH μπορούν να επιτευχθούν με τον έλεγχο του κατακρατημένου ωστενίτη στη μικροδομή και τη βελτιστοποίηση των παραμέτρων κατεργασίας και θερμικής επεξεργασίας 3,12,13,14.
Μέχρι σήμερα, οι τριβολογικές ιδιότητες των ωστενιτικών ανοξείδωτων χάλυβων AM έχουν λάβει μεγαλύτερη προσοχή από άλλους ανοξείδωτους χάλυβες.Η τριβολογική συμπεριφορά της τήξης με λέιζερ σε ένα στρώμα σκόνης (L-PBF) που έχει υποστεί επεξεργασία με 316L μελετήθηκε ως συνάρτηση των παραμέτρων επεξεργασίας AM.Έχει αποδειχθεί ότι η ελαχιστοποίηση του πορώδους με τη μείωση της ταχύτητας σάρωσης ή την αύξηση της ισχύος λέιζερ μπορεί να βελτιώσει την αντίσταση στη φθορά15,16.Οι Li et al.17 δοκίμασαν την ξηρή φθορά ολίσθησης κάτω από διάφορες παραμέτρους (φορτίο, συχνότητα και θερμοκρασία) και έδειξαν ότι η φθορά σε θερμοκρασία δωματίου είναι ο κύριος μηχανισμός φθοράς, ενώ η αύξηση της ταχύτητας ολίσθησης και της θερμοκρασίας προάγει την οξείδωση.Το στρώμα οξειδίου που προκύπτει διασφαλίζει τη λειτουργία του ρουλεμάν, η τριβή μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και ο ρυθμός φθοράς αυξάνεται σε υψηλότερες θερμοκρασίες.Σε άλλες μελέτες, η προσθήκη σωματιδίων TiC18, TiB219 και SiC20 σε μια μήτρα 316L επεξεργασμένη με L-PBF βελτίωσε την αντοχή στη φθορά σχηματίζοντας ένα πυκνό στρώμα τριβής με σκληρυνόμενη εργασία με αύξηση του κλάσματος όγκου των σκληρών σωματιδίων.Ένα προστατευτικό στρώμα οξειδίου έχει επίσης παρατηρηθεί στον επεξεργασμένο με L-PBF12 χάλυβα PH και στον διπλό χάλυβα SS11, υποδεικνύοντας ότι ο περιορισμός του κατακρατημένου ωστενίτη με μετα-θερμική επεξεργασία12 μπορεί να βελτιώσει την αντοχή στη φθορά.Όπως συνοψίζεται εδώ, η βιβλιογραφία επικεντρώνεται κυρίως στην τριβολογική απόδοση της σειράς 316L SS, ενώ υπάρχουν λίγα δεδομένα για την τριβολογική απόδοση μιας σειράς ανοξείδωτων χάλυβων που κατασκευάζονται με πρόσθετο μαρτενσιτικό με πολύ υψηλότερη περιεκτικότητα σε άνθρακα.
Η τήξη δέσμης ηλεκτρονίων (EBM) είναι μια τεχνική παρόμοια με την L-PBF ικανή να σχηματίζει μικροδομές με πυρίμαχα καρβίδια όπως υψηλά καρβίδια βαναδίου και χρωμίου λόγω της ικανότητάς της να φτάνει σε υψηλότερες θερμοκρασίες και ρυθμούς σάρωσης 21, 22. Υπάρχουσα βιβλιογραφία για την επεξεργασία EBM ανοξείδωτου Ο χάλυβας επικεντρώνεται κυρίως στον προσδιορισμό των βέλτιστων παραμέτρων επεξεργασίας ELM για τη λήψη μικροδομής χωρίς ρωγμές και πόρους και τη βελτίωση των μηχανικών ιδιοτήτων23, 24, 25, 26, ενώ οι εργασίες για τις τριβολογικές ιδιότητες του επεξεργασμένου με EBM ανοξείδωτου χάλυβα.Μέχρι στιγμής, ο μηχανισμός φθοράς του μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που έχει υποστεί επεξεργασία με ELR έχει μελετηθεί υπό περιορισμένες συνθήκες και έχει αναφερθεί ότι συμβαίνει σοβαρή πλαστική παραμόρφωση υπό συνθήκες λειαντικού (δοκιμή γυαλόχαρτου), ξηρού και διάβρωσης λάσπης27.
Αυτή η μελέτη διερεύνησε την αντοχή στη φθορά και τις ιδιότητες τριβής του μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που έχει υποστεί επεξεργασία με ELR υπό συνθήκες ξηρής ολίσθησης που περιγράφονται παρακάτω.Πρώτον, τα μικροδομικά χαρακτηριστικά χαρακτηρίστηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονική μικροσκοπία σάρωσης (SEM), φασματοσκοπία ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (EDX), περίθλαση ακτίνων Χ και ανάλυση εικόνας.Τα δεδομένα που λαμβάνονται με αυτές τις μεθόδους χρησιμοποιούνται στη συνέχεια ως βάση για παρατηρήσεις της τριβολογικής συμπεριφοράς μέσω δοκιμών ξηρής παλινδρόμησης υπό διάφορα φορτία και τέλος εξετάζεται η μορφολογία της φθαρμένης επιφάνειας με τη χρήση μετρητών SEM-EDX και laser.Ο ρυθμός φθοράς ποσοτικοποιήθηκε και συγκρίθηκε με παρόμοια επεξεργασμένους μαρτενσιτικούς χάλυβες εργαλείων.Αυτό έγινε προκειμένου να δημιουργηθεί μια βάση για σύγκριση αυτού του συστήματος SS με πιο συχνά χρησιμοποιούμενα συστήματα φθοράς με τον ίδιο τύπο επεξεργασίας.Τέλος, παρουσιάζεται ένας χάρτης διατομής της διαδρομής φθοράς χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο χαρτογράφησης σκληρότητας που αποκαλύπτει την πλαστική παραμόρφωση που συμβαίνει κατά την επαφή.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι τριβολογικές δοκιμές για αυτή τη μελέτη διεξήχθησαν για την καλύτερη κατανόηση των τριβολογικών ιδιοτήτων αυτού του νέου υλικού και όχι για την προσομοίωση μιας συγκεκριμένης εφαρμογής.Αυτή η μελέτη συμβάλλει στην καλύτερη κατανόηση των τριβολογικών ιδιοτήτων ενός νέου μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα που παράγεται πρόσθετα για εφαρμογές φθοράς που απαιτούν λειτουργία σε σκληρά περιβάλλοντα.
Δείγματα μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (HCMSS) επεξεργασμένο με ELR με την επωνυμία Vibenite® 350 αναπτύχθηκαν και παρασχέθηκαν από την VBN Components AB, Σουηδία.Η ονομαστική χημική σύνθεση του δείγματος: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (β.%).Πρώτον, κατασκευάστηκαν δείγματα ξηρής ολίσθησης (40 mm × 20 mm × 5 mm) από τα ληφθέντα ορθογώνια δείγματα (42 mm × 22 mm × 7 mm) χωρίς καμία μετα-θερμική επεξεργασία με χρήση κατεργασίας ηλεκτρικής εκκένωσης (EDM).Στη συνέχεια, τα δείγματα αλέστηκαν διαδοχικά με γυαλόχαρτο SiC με μέγεθος κόκκου από 240 έως 2400 R για να ληφθεί τραχύτητα επιφάνειας (Ra) περίπου 0,15 μm.Επιπλέον, δείγματα μαρτενσιτικού χάλυβα εργαλείων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (HCMTS) με επεξεργασία EBM με ονομαστική χημική σύνθεση 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (β. . %) (εμπορικά γνωστό ως Vibenite® 150) Παρασκευάζεται επίσης με τον ίδιο τρόπο.Το HCMTS περιέχει 8% καρβίδια κατ' όγκο και χρησιμοποιείται μόνο για τη σύγκριση δεδομένων ρυθμού φθοράς HCMSS.
Ο μικροδομικός χαρακτηρισμός του HCMSS πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ένα SEM (FEI Quanta 250, USA) εξοπλισμένο με ανιχνευτή ακτίνων Χ διασποράς ενέργειας (EDX) XMax80 από την Oxford Instruments.Τρεις τυχαίες μικροφωτογραφίες που περιείχαν 3500 μm2 λήφθηκαν σε λειτουργία οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων (BSE) και στη συνέχεια αναλύθηκαν με τη χρήση ανάλυσης εικόνας (ImageJ®)28 για τον προσδιορισμό του κλάσματος περιοχής (δηλαδή του κλάσματος όγκου), του μεγέθους και του σχήματος.Λόγω της παρατηρούμενης χαρακτηριστικής μορφολογίας, το κλάσμα εμβαδού λήφθηκε ίσο με το κλάσμα όγκου.Επιπλέον, ο παράγοντας σχήματος των καρβιδίων υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση παράγοντα σχήματος (Shfa):
Εδώ το Ai είναι η περιοχή του καρβιδίου (μm2) και το Pi είναι η περίμετρος του καρβιδίου (μm)29.Για να αναγνωριστούν οι φάσεις, διεξήχθη περίθλαση ακτίνων Χ σκόνης (XRD) χρησιμοποιώντας περιθλασίμετρο ακτίνων Χ (Bruker D8 Discover με ανιχνευτή ταινίας LynxEye 1D) με ακτινοβολία Co-Kα (λ = 1,79026 Α).Σαρώστε το δείγμα στην περιοχή 2θ από 35° έως 130° με μέγεθος βήματος 0,02° και χρόνο βήματος 2 δευτερόλεπτα.Τα δεδομένα XRD αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας το λογισμικό Diffract.EVA, το οποίο ενημέρωσε την κρυσταλλογραφική βάση δεδομένων το 2021. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένας ελεγκτής σκληρότητας Vickers (Struers Durascan 80, Αυστρία) για τον προσδιορισμό της μικροσκληρότητας.Σύμφωνα με το πρότυπο ASTM E384-17 30, έγιναν 30 εκτυπώσεις σε μεταλλογραφικά προετοιμασμένα δείγματα σε βήματα των 0,35 mm για 10 δευτερόλεπτα στα 5 kgf.Οι συγγραφείς έχουν προηγουμένως χαρακτηρίσει τα μικροδομικά χαρακτηριστικά του HMTS31.
Για τη διενέργεια δοκιμών φθοράς ξηρής παλινδρομικής φθοράς χρησιμοποιήθηκε ένα τρίμετρο σφαιρικής πλάκας (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, ΗΠΑ), η διαμόρφωση του οποίου περιγράφεται λεπτομερώς αλλού31.Οι παράμετροι δοκιμής είναι οι εξής: σύμφωνα με το πρότυπο 32 ASTM G133-05, φορτίο 3 N, συχνότητα 1 Hz, διαδρομή 3 mm, διάρκεια 1 ώρα.Ως αντίβαρα χρησιμοποιήθηκαν μπάλες οξειδίου αλουμινίου (Al2O3, κατηγορία ακρίβειας 28/ISO 3290) με διάμετρο 10 mm με μακροσκληρότητα περίπου 1500 HV και τραχύτητα επιφάνειας (Ra) περίπου 0,05 μm, που παρέχονται από την Redhill Precision, Τσεχική Δημοκρατία. .Η εξισορρόπηση επιλέχθηκε για την πρόληψη των επιπτώσεων της οξείδωσης που μπορεί να προκύψουν λόγω της εξισορρόπησης και για την καλύτερη κατανόηση των μηχανισμών φθοράς των δειγμάτων υπό σοβαρές συνθήκες φθοράς.Θα πρέπει να σημειωθεί ότι οι παράμετροι δοκιμής είναι οι ίδιες με αυτές της αναφοράς 8 προκειμένου να συγκριθούν τα δεδομένα του ποσοστού φθοράς με τις υπάρχουσες μελέτες.Επιπλέον, διεξήχθη μια σειρά παλινδρομικών δοκιμών με φορτίο 10 N για την επαλήθευση της τριβολογικής απόδοσης σε υψηλότερα φορτία, ενώ άλλες παράμετροι δοκιμής παρέμειναν σταθερές.Οι αρχικές πιέσεις επαφής σύμφωνα με το Hertz είναι 7,7 MPa και 11,5 MPa στα 3 N και 10 N, αντίστοιχα.Κατά τη δοκιμή φθοράς, η δύναμη τριβής καταγράφηκε σε συχνότητα 45 Hz και υπολογίστηκε ο μέσος συντελεστής τριβής (CoF).Για κάθε φορτίο, πραγματοποιήθηκαν τρεις μετρήσεις υπό συνθήκες περιβάλλοντος.
Η τροχιά φθοράς εξετάστηκε χρησιμοποιώντας το SEM που περιγράφηκε παραπάνω και η ανάλυση EMF πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας λογισμικό ανάλυσης επιφάνειας φθοράς Aztec Acquisition.Η φθαρμένη επιφάνεια του ζευγαρωμένου κύβου εξετάστηκε χρησιμοποιώντας ένα οπτικό μικροσκόπιο (Keyence VHX-5000, Japan).Ένας λέιζερ προφίλ χωρίς επαφή (NanoFocus μScan, Γερμανία) σάρωσε το σημάδι φθοράς με κατακόρυφη ανάλυση ±0,1 μm κατά μήκος του άξονα z και 5 μm κατά μήκος των αξόνων x και y.Ο χάρτης προφίλ επιφάνειας ουλής φθοράς δημιουργήθηκε στο Matlab® χρησιμοποιώντας συντεταγμένες x, y, z που λαμβάνονται από τις μετρήσεις προφίλ.Πολλά κατακόρυφα προφίλ διαδρομής φθοράς που εξάγονται από τον χάρτη προφίλ επιφάνειας χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό της απώλειας όγκου φθοράς στη διαδρομή φθοράς.Η απώλεια όγκου υπολογίστηκε ως το γινόμενο της μέσης επιφάνειας διατομής του προφίλ του σύρματος και του μήκους της τροχιάς φθοράς και πρόσθετες λεπτομέρειες αυτής της μεθόδου έχουν περιγραφεί προηγουμένως από τους συγγραφείς33.Από εδώ, ο ειδικός ρυθμός φθοράς (k) προκύπτει από τον ακόλουθο τύπο:
Εδώ V είναι η απώλεια όγκου λόγω φθοράς (mm3), W είναι το εφαρμοζόμενο φορτίο (N), L είναι η απόσταση ολίσθησης (mm) και k είναι ο ειδικός ρυθμός φθοράς (mm3/Nm)34.Δεδομένα τριβής και χάρτες προφίλ επιφάνειας για HCMTS περιλαμβάνονται σε συμπληρωματικό υλικό (Συμπληρωματικό Σχήμα S1 και Σχήμα S2) για σύγκριση των ποσοστών φθοράς του HCMSS.
Σε αυτή τη μελέτη, χρησιμοποιήθηκε ένας χάρτης σκληρότητας διατομής της διαδρομής φθοράς για να καταδείξει τη συμπεριφορά πλαστικής παραμόρφωσης (δηλαδή σκλήρυνση εργασίας λόγω πίεσης επαφής) της ζώνης φθοράς.Τα γυαλισμένα δείγματα κόπηκαν με τροχό κοπής οξειδίου αλουμινίου σε μηχανή κοπής (Struers Accutom-5, Αυστρία) και γυαλίστηκαν με γυαλόχαρτο SiC από 240 έως 4000 P κατά μήκος του πάχους των δειγμάτων.Μέτρηση μικροσκληρότητας σε 0,5 kgf 10 s και απόσταση 0,1 mm σύμφωνα με το ASTM E348-17.Οι εκτυπώσεις τοποθετήθηκαν σε ένα ορθογώνιο πλέγμα 1,26 × 0,3 mm2 περίπου 60 μm κάτω από την επιφάνεια (Εικόνα 1) και στη συνέχεια αποδόθηκε ένας χάρτης σκληρότητας χρησιμοποιώντας προσαρμοσμένο κώδικα Matlab® που περιγράφεται αλλού35.Επιπλέον, η μικροδομή της διατομής της ζώνης φθοράς εξετάστηκε με χρήση SEM.
Σχηματική εικόνα του σημείου φθοράς που δείχνει τη θέση της διατομής (α) και μια οπτική μικρογραφία του χάρτη σκληρότητας που δείχνει το σημάδι που προσδιορίζεται στη διατομή (β).
Η μικροδομή του HCMSS που έχει υποστεί επεξεργασία με ELP αποτελείται από ένα ομοιογενές δίκτυο καρβιδίου που περιβάλλεται από μια μήτρα (Εικ. 2a, b).Η ανάλυση EDX έδειξε ότι τα γκρίζα και τα σκούρα καρβίδια ήταν καρβίδια πλούσια σε χρώμιο και βανάδιο, αντίστοιχα (Πίνακας 1).Υπολογιζόμενο από ανάλυση εικόνας, το κλάσμα όγκου των καρβιδίων εκτιμάται ότι είναι ~22,5% (~18,2% καρβίδια υψηλού χρωμίου και ~4,3% καρβίδια βαναδίου υψηλά).Τα μέσα μεγέθη κόκκων με τυπικές αποκλίσεις είναι 0,64 ± 0,2 μm και 1,84 ± 0,4 μm για καρβίδια πλούσια σε V και Cr, αντίστοιχα (Εικ. 2c, d).Τα καρβίδια υψηλού V τείνουν να είναι πιο στρογγυλά με συντελεστή σχήματος (± SD) περίπου 0,88±0,03 επειδή οι τιμές του συντελεστή σχήματος κοντά στο 1 αντιστοιχούν σε στρογγυλά καρβίδια.Αντίθετα, τα καρβίδια υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο δεν είναι τέλεια στρογγυλά, με συντελεστή σχήματος περίπου 0,56 ± 0,01, που μπορεί να οφείλεται σε συσσωμάτωση.Οι κορυφές περίθλασης μαρτενσίτη (α, bcc) και διατηρημένου ωστενίτη (γ', fcc) ανιχνεύθηκαν στο πρότυπο ακτίνων Χ HCMSS όπως φαίνεται στο Σχ. 2e.Επιπλέον, το σχέδιο ακτίνων Χ δείχνει την παρουσία δευτερογενών καρβιδίων.Τα καρβίδια υψηλής περιεκτικότητας σε χρώμιο έχουν αναγνωριστεί ως καρβίδια τύπου M3C2 και M23C6.Σύμφωνα με τα δεδομένα της βιβλιογραφίας, 36,37,38 κορυφές περίθλασης καρβιδίων VC καταγράφηκαν στους ≈43° και 63°, υποδηλώνοντας ότι οι κορυφές VC καλύφθηκαν από τις κορυφές M23C6 καρβιδίων πλούσιων σε χρώμιο (Εικ. 2e).
Μικροδομή μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα επεξεργασμένο με EBL (α) σε χαμηλή μεγέθυνση και (β) σε υψηλή μεγέθυνση, που δείχνει καρβίδια πλούσια σε χρώμιο και βανάδιο και μια μήτρα από ανοξείδωτο χάλυβα (τρόπος οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων).Γραφήματα ράβδων που δείχνουν την κατανομή μεγέθους κόκκων καρβιδίων πλούσιων σε χρώμιο (c) και πλούσιων σε βανάδιο (d).Το σχέδιο ακτίνων Χ δείχνει την παρουσία μαρτενσίτη, κατακρατημένου ωστενίτη και καρβιδίων στη μικροδομή (δ).
Η μέση μικροσκληρότητα είναι 625,7 + 7,5 HV5, παρουσιάζοντας σχετικά υψηλή σκληρότητα σε σύγκριση με συμβατικά επεξεργασμένο μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα (450 HV)1 χωρίς θερμική επεξεργασία.Η σκληρότητα νανοδοντώσεων των καρβιδίων υψηλού V και των καρβιδίων υψηλού Cr αναφέρεται ότι είναι μεταξύ 12 και 32,5 GPa39 και 13-22 GPa40, αντίστοιχα.Έτσι, η υψηλή σκληρότητα του HCMSS που έχει υποστεί επεξεργασία με ELP οφείλεται στην υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα, η οποία προάγει το σχηματισμό ενός δικτύου καρβιδίου.Έτσι, το HSMSS που έχει υποστεί επεξεργασία με ELP παρουσιάζει καλά μικροδομικά χαρακτηριστικά και σκληρότητα χωρίς καμία πρόσθετη μεταθερμική επεξεργασία.
Οι καμπύλες του μέσου συντελεστή τριβής (CoF) για δείγματα στα 3 N και 10 N παρουσιάζονται στο Σχήμα 3, το εύρος των ελάχιστων και μέγιστων τιμών τριβής σημειώνεται με ημιδιαφανή σκίαση.Κάθε καμπύλη δείχνει μια φάση εισόδου και μια φάση σταθερής κατάστασης.Η φάση εισόδου τελειώνει στα 1,2 m με CoF (±SD) 0,41 ± 0,24,3 N και στα 3,7 m με CoF 0,71 ± 0,16,10 N, πριν εισέλθει στη σταθερή κατάσταση φάσης όταν σταματήσει η τριβή.δεν αλλάζει γρήγορα.Λόγω της μικρής επιφάνειας επαφής και της ακατέργαστης αρχικής πλαστικής παραμόρφωσης, η δύναμη τριβής αυξήθηκε γρήγορα κατά τη διάρκεια του σταδίου εκκίνησης στα 3 N και 10 N, όπου σημειώθηκε μεγαλύτερη δύναμη τριβής και μεγαλύτερη απόσταση ολίσθησης στα 10 N, κάτι που μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι σε σύγκριση με 3 N, η ζημιά στην επιφάνεια είναι μεγαλύτερη.Για 3 N και 10 N, οι τιμές CoF στη στατική φάση είναι 0,78 ± 0,05 και 0,67 ± 0,01, αντίστοιχα.Το CoF είναι πρακτικά σταθερό στα 10 N και αυξάνεται σταδιακά στα 3 N. Στην περιορισμένη βιβλιογραφία, το CoF του επεξεργασμένου με L-PBF ανοξείδωτο χάλυβα σε σύγκριση με τα κεραμικά σώματα αντίδρασης σε χαμηλά εφαρμοζόμενα φορτία κυμαίνεται από 0,5 έως 0,728, 20, 42, που είναι καλή συμφωνία με τις μετρημένες τιμές CoF σε αυτή τη μελέτη.Η μείωση του CoF με την αύξηση του φορτίου σε σταθερή κατάσταση (περίπου 14,1%) μπορεί να αποδοθεί στην επιφανειακή υποβάθμιση που συμβαίνει στη διεπιφάνεια μεταξύ της φθαρμένης επιφάνειας και του αντίστοιχου, η οποία θα συζητηθεί περαιτέρω στην επόμενη ενότητα μέσω της ανάλυσης της επιφάνειας του φθαρμένα δείγματα.
Συντελεστές τριβής των δειγμάτων VSMSS που έχουν υποστεί επεξεργασία με ELP σε ολισθαίνουσες διαδρομές στα 3 N και 10 N, σημειώνεται μια στατική φάση για κάθε καμπύλη.
Οι ειδικοί ρυθμοί φθοράς του HKMS (625,7 HV) υπολογίζονται σε 6,56 ± 0,33 × 10–6 mm3/Nm και 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm στα 3 N και 10 N, αντίστοιχα (Εικ. 4).Έτσι, ο ρυθμός φθοράς αυξάνεται με την αύξηση του φορτίου, κάτι που συμφωνεί καλά με τις υπάρχουσες μελέτες για τον ωστενίτη που έχει υποστεί επεξεργασία με L-PBF και PH SS17,43.Υπό τις ίδιες τριβολογικές συνθήκες, ο ρυθμός φθοράς στα 3 N είναι περίπου το ένα πέμπτο του ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα που έχει υποστεί επεξεργασία με L-PBF (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), όπως στην προηγούμενη περίπτωση .8. Επιπλέον, ο ρυθμός φθοράς του HCMSS στα 3 N ήταν σημαντικά χαμηλότερος από τους συμβατικά επεξεργασμένους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες και, ειδικότερα, υψηλότερος από τους υψηλής ισοτροπικής συμπίεσης (k = 4,20 ± 0,3 × 10-5 mm3)./Nm, 176 HV) και χυτός (k = 4,70 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) κατεργασμένος ωστενιτικός ανοξείδωτος χάλυβας, 8, αντίστοιχα.Σε σύγκριση με αυτές τις μελέτες στη βιβλιογραφία, η βελτιωμένη αντοχή στη φθορά του HCMSS αποδίδεται στην υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα και στο σχηματισμένο δίκτυο καρβιδίου με αποτέλεσμα υψηλότερη σκληρότητα από τους συμβατικά επεξεργασμένους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες.Για την περαιτέρω μελέτη του ρυθμού φθοράς των δειγμάτων HCMSS, ένα παρόμοια κατεργασμένο δείγμα μαρτενσιτικού χάλυβα εργαλείων υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (HCMTS) (με σκληρότητα 790 HV) δοκιμάστηκε υπό παρόμοιες συνθήκες (3 N και 10 N) για σύγκριση.Συμπληρωματικό υλικό είναι ο Χάρτης Προφίλ Επιφανειών HCMTS (Συμπληρωματικό Σχήμα S2).Ο ρυθμός φθοράς του HCMSS (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 mm3/Nm) είναι σχεδόν ίδιος με αυτόν του HCMTS στα 3 N (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 mm3/Nm), γεγονός που υποδηλώνει εξαιρετική αντοχή στη φθορά .Αυτά τα χαρακτηριστικά αποδίδονται κυρίως στα μικροδομικά χαρακτηριστικά του HCMSS (δηλαδή υψηλή περιεκτικότητα σε καρβίδιο, μέγεθος, σχήμα και κατανομή των σωματιδίων καρβιδίου στη μήτρα, όπως περιγράφεται στην Ενότητα 3.1).Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως31,44, η περιεκτικότητα σε καρβίδιο επηρεάζει το πλάτος και το βάθος της ουλής φθοράς και τον μηχανισμό της φθοράς μικρο-αποξειδωτικής ουσίας.Ωστόσο, η περιεκτικότητα σε καρβίδιο είναι ανεπαρκής για την προστασία της μήτρας στα 10 N, με αποτέλεσμα αυξημένη φθορά.Στην επόμενη ενότητα, η μορφολογία και η τοπογραφία της επιφάνειας φθοράς χρησιμοποιείται για να εξηγήσει τους υποκείμενους μηχανισμούς φθοράς και παραμόρφωσης που επηρεάζουν το ρυθμό φθοράς του HCMSS.Στα 10 N, ο ρυθμός φθοράς του VCMSS (k = 9,66 ± 0,37 × 10-6 mm3/Nm) είναι υψηλότερος από αυτόν του VKMTS (k = 5,45 ± 0,69 × 10-6 mm3/Nm).Αντίθετα, αυτά τα ποσοστά φθοράς εξακολουθούν να είναι αρκετά υψηλά: κάτω από παρόμοιες συνθήκες δοκιμής, ο ρυθμός φθοράς των επικαλύψεων με βάση το χρώμιο και τον stellite είναι χαμηλότερος από αυτόν του HCMSS45,46.Τέλος, λόγω της υψηλής σκληρότητας της αλουμίνας (1500 HV), ο ρυθμός φθοράς του ζευγαρώματος ήταν αμελητέος και βρέθηκαν σημάδια μεταφοράς υλικού από το δείγμα στις σφαίρες αλουμινίου.
Ειδική φθορά στη μηχανική κατεργασία ELR μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (HMCSS), κατεργασία ELR μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα (HCMTS) και L-PBF, χύτευση και κατεργασία υψηλής ισοτροπικής πίεσης (HIP) ωστενιτικού ανοξείδωτου χάλυβα (316LSS) σε διάφορες εφαρμογές οι ταχύτητες φορτώνονται.Το διάγραμμα διασποράς δείχνει την τυπική απόκλιση των μετρήσεων.Τα δεδομένα για ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες λαμβάνονται από το 8.
Ενώ οι σκληρές επιφάνειες όπως το χρώμιο και ο stellite μπορούν να παρέχουν καλύτερη αντοχή στη φθορά από τα συστήματα κράματος που έχουν υποστεί πρόσθετη κατεργασία, η κατεργασία με πρόσθετα μπορεί (1) να βελτιώσει τη μικροδομή, ειδικά για υλικά με μεγάλη ποικιλία πυκνοτήτων.Λειτουργίες στο ακραίο τμήμα.και (3) δημιουργία νέων επιφανειακών τοπολογιών όπως ενσωματωμένα ρευστοδυναμικά ρουλεμάν.Επιπλέον, η AM προσφέρει ευελιξία γεωμετρικού σχεδιασμού.Αυτή η μελέτη είναι ιδιαίτερα νέα και σημαντική καθώς είναι κρίσιμο να διευκρινιστούν τα χαρακτηριστικά φθοράς αυτών των πρόσφατα αναπτυγμένων κραμάτων μετάλλων με EBM, για τα οποία η τρέχουσα βιβλιογραφία είναι πολύ περιορισμένη.
Η μορφολογία της φθαρμένης επιφάνειας και η μορφολογία των φθαρμένων δειγμάτων στα 3 N φαίνονται στο Σχ.5, όπου ο κύριος μηχανισμός φθοράς είναι η τριβή ακολουθούμενη από οξείδωση.Αρχικά, το χαλύβδινο υπόστρωμα παραμορφώνεται πλαστικά και στη συνέχεια αφαιρείται για να σχηματιστούν αυλακώσεις βάθους 1 έως 3 μm, όπως φαίνεται στο προφίλ επιφάνειας (Εικ. 5a).Λόγω της θερμότητας τριβής που παράγεται από τη συνεχή ολίσθηση, το αφαιρούμενο υλικό παραμένει στη διεπιφάνεια του τριβολογικού συστήματος, σχηματίζοντας ένα τριβολογικό στρώμα που αποτελείται από μικρές νησίδες υψηλής περιεκτικότητας σε οξείδιο του σιδήρου που περιβάλλουν καρβίδια υψηλού χρωμίου και βαναδίου (Εικόνα 5β και Πίνακας 2).), όπως αναφέρθηκε επίσης για τον ωστενιτικό ανοξείδωτο χάλυβα που έχει υποστεί επεξεργασία με L-PBF15,17.Στο σχ.Το 5c δείχνει έντονη οξείδωση που συμβαίνει στο κέντρο της ουλής φθοράς.Έτσι, ο σχηματισμός του στρώματος τριβής διευκολύνεται από την καταστροφή του στρώματος τριβής (δηλαδή του στρώματος οξειδίου) (Σχ. 5στ) ή η απομάκρυνση του υλικού συμβαίνει σε ασθενείς περιοχές εντός της μικροδομής, επιταχύνοντας έτσι την αφαίρεση του υλικού.Και στις δύο περιπτώσεις, η καταστροφή του στρώματος τριβής οδηγεί στο σχηματισμό προϊόντων φθοράς στη διεπιφάνεια, γεγονός που μπορεί να είναι ο λόγος για την τάση για αύξηση του CoF στη σταθερή κατάσταση 3N (Εικ. 3).Επιπλέον, υπάρχουν σημάδια φθοράς τριών μερών που προκαλούνται από οξείδια και χαλαρά σωματίδια φθοράς στην τροχιά φθοράς, η οποία τελικά οδηγεί στο σχηματισμό μικρο-γρατζουνιών στο υπόστρωμα (Εικ. 5β, ε)9,12,47.
Προφίλ επιφάνειας (α) και μικροφωτογραφίες (b–f) της μορφολογίας της επιφάνειας φθοράς από μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που έχει υποστεί επεξεργασία με ELP στα 3 N, διατομή του σημείου φθοράς σε λειτουργία ΣΕΒ (δ) και οπτική μικροσκοπία της φθοράς επιφάνεια στα 3 N (g) σφαίρες αλουμίνας.
Σχηματίστηκαν λωρίδες ολίσθησης στο χαλύβδινο υπόστρωμα, υποδεικνύοντας πλαστική παραμόρφωση λόγω φθοράς (Εικ. 5ε).Παρόμοια αποτελέσματα ελήφθησαν επίσης σε μια μελέτη της συμπεριφοράς φθοράς του ωστενιτικού χάλυβα SS47 που έχει υποστεί επεξεργασία με L-PBF.Ο επαναπροσανατολισμός των καρβιδίων πλούσιων σε βανάδιο υποδηλώνει επίσης πλαστική παραμόρφωση της μήτρας χάλυβα κατά τη διάρκεια της ολίσθησης (Εικ. 5e).Οι μικρογραφίες της διατομής του σημείου φθοράς δείχνουν την παρουσία μικρών στρογγυλών κοιλοτήτων που περιβάλλονται από μικρορωγμές (Εικ. 5δ), οι οποίες μπορεί να οφείλονται σε υπερβολική πλαστική παραμόρφωση κοντά στην επιφάνεια.Η μεταφορά υλικού στις σφαίρες του οξειδίου του αλουμινίου ήταν περιορισμένη, ενώ οι σφαίρες παρέμειναν ανέπαφες (Εικ. 5g).
Το πλάτος και το βάθος φθοράς των δειγμάτων αυξάνονταν με την αύξηση του φορτίου (στα 10 N), όπως φαίνεται στον τοπογραφικό χάρτη της επιφάνειας (Εικ. 6α).Η τριβή και η οξείδωση εξακολουθούν να είναι οι κυρίαρχοι μηχανισμοί φθοράς και μια αύξηση στον αριθμό των μικρο-γρατσουνιών στην τροχιά φθοράς υποδηλώνει ότι η φθορά τριών μερών εμφανίζεται επίσης στα 10 N (Εικ. 6β).Η ανάλυση EDX έδειξε το σχηματισμό νησίδων οξειδίων πλούσιων σε σίδηρο.Οι κορυφές Al στα φάσματα επιβεβαίωσαν ότι η μεταφορά της ουσίας από τον αντισυμβαλλόμενο στο δείγμα έγινε στα 10 N (Εικ. 6c και Πίνακας 3), ενώ δεν παρατηρήθηκε στα 3 N (Πίνακας 2).Η φθορά τριών σωμάτων προκαλείται από σωματίδια φθοράς από νησίδες και ανάλογα οξειδίων, όπου λεπτομερής ανάλυση EDX αποκάλυψε μεταφορά υλικού από ανάλογα (Συμπληρωματικό Σχήμα S3 και Πίνακας S1).Η ανάπτυξη νησίδων οξειδίου συνδέεται με βαθιές κοιλότητες, κάτι που παρατηρείται και στο 3Β (Εικ. 5).Η ρωγμή και ο κατακερματισμός των καρβιδίων εμφανίζονται κυρίως σε καρβίδια πλούσια σε 10 N Cr (Εικ. 6e, f).Επιπλέον, τα καρβίδια υψηλού V ξεφλουδίζουν και φθείρουν την περιβάλλουσα μήτρα, η οποία με τη σειρά της προκαλεί τριμερή φθορά.Ένα λάκκο παρόμοιο σε μέγεθος και σχήμα με αυτό του καρβιδίου υψηλού V (επισημασμένο με κόκκινο κύκλο) εμφανίστηκε επίσης στη διατομή του στίβου (Εικ. 6δ) (βλ. ανάλυση μεγέθους και σχήματος καρβιδίου. 3.1), υποδεικνύοντας ότι το υψηλό V Το καρβίδιο V μπορεί να ξεφλουδίσει από τη μήτρα στα 10 N. Το στρογγυλό σχήμα των καρβιδίων υψηλού V συμβάλλει στο αποτέλεσμα έλξης, ενώ τα συσσωματωμένα καρβίδια υψηλού Cr είναι επιρρεπή σε ρωγμές (Εικ. 6e, f).Αυτή η συμπεριφορά αστοχίας υποδεικνύει ότι η μήτρα έχει υπερβεί την ικανότητά της να αντέχει την πλαστική παραμόρφωση και ότι η μικροδομή δεν παρέχει επαρκή αντοχή κρούσης στα 10 N. Η κατακόρυφη ρωγμή κάτω από την επιφάνεια (Εικ. 6δ) υποδεικνύει την ένταση της πλαστικής παραμόρφωσης που συμβαίνει κατά την ολίσθηση.Καθώς το φορτίο αυξάνεται, υπάρχει μια μεταφορά υλικού από τη φθαρμένη τροχιά στη σφαίρα αλουμίνας (Εικ. 6g), η οποία μπορεί να είναι σταθερή στα 10 N. Ο κύριος λόγος για τη μείωση των τιμών CoF (Εικ. 3).
Προφίλ επιφάνειας (a) και μικροφωτογραφίες (b–f) τοπογραφίας φθαρμένης επιφάνειας (b–f) από μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα επεξεργασμένο με EBA στα 10 N, διατομή τροχιάς φθοράς σε λειτουργία ΣΕΒ (d) και επιφάνεια οπτικού μικροσκοπίου σφαίρας αλουμίνας στα 10 N (g).
Κατά τη διάρκεια της ολισθαίνουσας φθοράς, η επιφάνεια υπόκειται σε θλιπτικές και διατμητικές τάσεις που προκαλούνται από αντισώματα, με αποτέλεσμα σημαντική πλαστική παραμόρφωση κάτω από τη φθαρμένη επιφάνεια34,48,49.Επομένως, η σκλήρυνση εργασίας μπορεί να συμβεί κάτω από την επιφάνεια λόγω πλαστικής παραμόρφωσης, επηρεάζοντας τους μηχανισμούς φθοράς και παραμόρφωσης που καθορίζουν τη συμπεριφορά φθοράς ενός υλικού.Ως εκ τούτου, η χαρτογράφηση σκληρότητας διατομής (όπως περιγράφεται λεπτομερώς στην Ενότητα 2.4) πραγματοποιήθηκε σε αυτή τη μελέτη για να προσδιοριστεί η ανάπτυξη μιας ζώνης πλαστικής παραμόρφωσης (PDZ) κάτω από τη διαδρομή φθοράς ως συνάρτηση του φορτίου.Δεδομένου ότι, όπως αναφέρθηκε στις προηγούμενες ενότητες, παρατηρήθηκαν σαφή σημάδια πλαστικής παραμόρφωσης κάτω από το ίχνος φθοράς (Εικ. 5δ, 6δ), ειδικά στα 10 Β.
Στο σχ.Το σχήμα 7 δείχνει διαγράμματα σκληρότητας διατομής των σημαδιών φθοράς του HCMSS που έχει υποστεί επεξεργασία με ELP στα 3 N και 10 N. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτές οι τιμές σκληρότητας χρησιμοποιήθηκαν ως δείκτης για την αξιολόγηση της επίδρασης της σκλήρυνσης εργασίας.Η αλλαγή στη σκληρότητα κάτω από το σημάδι φθοράς είναι από 667 σε 672 HV στα 3 N (Εικ. 7a), υποδεικνύοντας ότι η σκλήρυνση εργασίας είναι αμελητέα.Προφανώς, λόγω της χαμηλής ανάλυσης του χάρτη μικροσκληρότητας (δηλαδή της απόστασης μεταξύ των σημαδιών), η εφαρμοσμένη μέθοδος μέτρησης σκληρότητας δεν μπορούσε να ανιχνεύσει αλλαγές στη σκληρότητα.Αντίθετα, ζώνες PDZ με τιμές σκληρότητας από 677 έως 686 HV με μέγιστο βάθος 118 μm και μήκος 488 μm παρατηρήθηκαν στα 10 N (Εικ. 7β), το οποίο συσχετίζεται με το πλάτος της τροχιάς φθοράς ( Εικ. 6α)).Παρόμοια δεδομένα σχετικά με τη διακύμανση του μεγέθους PDZ με το φορτίο βρέθηκαν σε μια μελέτη φθοράς στο SS47 που υποβλήθηκε σε επεξεργασία με L-PBF.Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η παρουσία του κατακρατημένου ωστενίτη επηρεάζει την ολκιμότητα των πρόσθετων κατασκευασμένων χάλυβων 3, 12, 50 και ο συγκρατημένος ωστενίτης μετατρέπεται σε μαρτενσίτη κατά την πλαστική παραμόρφωση (πλαστικό αποτέλεσμα μετασχηματισμού φάσης), που ενισχύει τη σκλήρυνση του χάλυβα.χάλυβας 51. Δεδομένου ότι το δείγμα VCMSS περιείχε κατακρατημένο ωστενίτη σύμφωνα με το πρότυπο περίθλασης ακτίνων Χ που συζητήθηκε προηγουμένως (Εικ. 2e), προτάθηκε ότι ο κατακρατημένος ωστενίτης στη μικροδομή θα μπορούσε να μετατραπεί σε μαρτενσίτη κατά την επαφή, αυξάνοντας έτσι τη σκληρότητα του PDZ (Εικ. 2e). Εικ. 7β).Επιπλέον, ο σχηματισμός ολίσθησης που συμβαίνει στην τροχιά φθοράς (Εικ. 5e, 6f) υποδεικνύει επίσης πλαστική παραμόρφωση που προκαλείται από ολίσθηση εξάρθρωσης υπό τη δράση της διατμητικής τάσης κατά την επαφή ολίσθησης.Ωστόσο, η διατμητική τάση που προκλήθηκε στα 3 N ήταν ανεπαρκής για να δημιουργήσει υψηλή πυκνότητα εξάρθρωσης ή τον μετασχηματισμό του κατακρατημένου ωστενίτη σε μαρτενσίτη που παρατηρήθηκε με τη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε, επομένως η σκλήρυνση εργασίας παρατηρήθηκε μόνο στα 10 N (Εικ. 7b).
Διαγράμματα σκληρότητας διατομής τροχιών φθοράς από μαρτενσιτικό ανοξείδωτο χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που υποβάλλονται σε κατεργασία ηλεκτρικής εκκένωσης στα 3 N (a) και 10 N (b).
Αυτή η μελέτη δείχνει τη συμπεριφορά φθοράς και τα μικροδομικά χαρακτηριστικά ενός νέου μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που έχει υποστεί επεξεργασία με ELR.Πραγματοποιήθηκαν δοκιμές ξηρής φθοράς σε ολίσθηση κάτω από διάφορα φορτία και τα φθαρμένα δείγματα εξετάστηκαν χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, προφίλόμετρο λέιζερ και χάρτες σκληρότητας των διατομών των τροχιών φθοράς.
Η μικροδομική ανάλυση αποκάλυψε μια ομοιόμορφη κατανομή καρβιδίων με υψηλή περιεκτικότητα σε χρώμιο (~18,2% καρβίδια) και βανάδιο (~4,3% καρβίδια) σε μια μήτρα από μαρτενσίτη και συγκρατημένο ωστενίτη με σχετικά υψηλή μικροσκληρότητα.Οι κυρίαρχοι μηχανισμοί φθοράς είναι η φθορά και η οξείδωση σε χαμηλά φορτία, ενώ η φθορά τριών σωμάτων που προκαλείται από τεντωμένα καρβίδια υψηλής V και χαλαρά οξείδια κόκκων συμβάλλει επίσης στη φθορά σε αυξανόμενα φορτία.Ο ρυθμός φθοράς είναι καλύτερος από τους L-PBF και τους συμβατικούς επεξεργασμένους ωστενιτικούς ανοξείδωτους χάλυβες, και παρόμοιος με αυτόν των επεξεργασμένων χαλύβων εργαλείων EBM σε χαμηλά φορτία.Η τιμή CoF μειώνεται με την αύξηση του φορτίου λόγω της μεταφοράς υλικού στο αντίθετο σώμα.Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο χαρτογράφησης σκληρότητας διατομής, η ζώνη πλαστικής παραμόρφωσης φαίνεται κάτω από το σημάδι φθοράς.Πιθανή βελτίωση κόκκων και μεταπτώσεις φάσης στη μήτρα μπορούν να διερευνηθούν περαιτέρω χρησιμοποιώντας περίθλαση οπισθοσκέδασης ηλεκτρονίων για την καλύτερη κατανόηση των επιπτώσεων της σκλήρυνσης εργασίας.Η χαμηλή ανάλυση του χάρτη μικροσκληρότητας δεν επιτρέπει την οπτικοποίηση της σκληρότητας της ζώνης φθοράς σε χαμηλά εφαρμοζόμενα φορτία, επομένως η νανοεσοχή μπορεί να προσφέρει υψηλότερες αλλαγές σκληρότητας με χρήση της ίδιας μεθόδου.
Αυτή η μελέτη παρουσιάζει για πρώτη φορά μια ολοκληρωμένη ανάλυση της αντοχής στη φθορά και των ιδιοτήτων τριβής ενός νέου μαρτενσιτικού ανοξείδωτου χάλυβα υψηλής περιεκτικότητας σε άνθρακα που έχει υποστεί επεξεργασία με ELR.Λαμβάνοντας υπόψη τη γεωμετρική σχεδιαστική ελευθερία του AM και τη δυνατότητα μείωσης των βημάτων μηχανικής κατεργασίας με AM, αυτή η έρευνα θα μπορούσε να ανοίξει το δρόμο για την παραγωγή αυτού του νέου υλικού και τη χρήση του σε συσκευές που σχετίζονται με τη φθορά από άξονες έως πλαστικά καλούπια έγχυσης με περίπλοκο κανάλι ψύξης.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, τομ.255 (American Society of Aeronautics and Astronautics, 2018).
Bajaj, Ρ. et αϊ.Ο χάλυβας στην κατασκευή προσθέτων: μια ανασκόπηση της μικροδομής και των ιδιοτήτων του.alma mater.η επιστήμη.έργο.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. and Passeggio, F. Ζημιά στην επιφάνεια φθοράς των ανοξείδωτων εξαρτημάτων αεροδιαστημικής EN 3358 κατά τη διάρκεια της ολίσθησης.Αδελφότητα.Εκδ.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, Τ. ​​et αϊ.Προσθετική Κατασκευή Μεταλλικών Στοιχείων – Διαδικασία, Δομή και Απόδοση.προγραμματισμός.alma mater.η επιστήμη.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. and Emmelmann S. Παραγωγή πρόσθετων μετάλλων.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM International.Τυπική ορολογία για την τεχνολογία κατασκευής προσθέτων.Γρήγορη παραγωγή.Επίκουρος Καθηγητής.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.Μηχανικές και τριβολογικές ιδιότητες ανοξείδωτου χάλυβα 316L – σύγκριση επιλεκτικής τήξης με λέιζερ, θερμής συμπίεσης και συμβατικής χύτευσης.Προσθήκη σε.κατασκευαστής.16, 81–89 (2017).
Οι Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., και Pham, MS Microstructure Συνεισφέρουν στους προσθετικά κατασκευασμένους μηχανισμούς φθοράς και στην ανισοτροπία από ανοξείδωτο χάλυβα 316L.alma mater.Δεκ.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. and Tatlock GJ.περιοδικό.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI and Akhtar, F. Υψηλότερης τάξης μηχανική αντοχή μετά από θερμική επεξεργασία του SLM 2507 σε θερμοκρασία δωματίου και υψηλές θερμοκρασίες, υποβοηθούμενη από σκληρή/όλκιμη κατακρήμνιση σίγμα.Μέταλλο (Βασιλεία).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., and Li, S. Μικροδομή, αντίδραση μετά τη θερμότητα και τριβολογικές ιδιότητες του τρισδιάστατου εκτυπωμένου ανοξείδωτου χάλυβα 17-4 PH.Wearing 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., and Zhang, L. Συμπεριφορά πύκνωσης, εξέλιξη μικροδομής και μηχανικές ιδιότητες των σύνθετων υλικών από ανοξείδωτο χάλυβα TiC/AISI420 που κατασκευάζονται με επιλεκτική τήξη με λέιζερ.alma mater.Δεκ.187, 1–13 (2020).
Zhao X. et al.Κατασκευή και χαρακτηρισμός ανοξείδωτου χάλυβα AISI 420 με χρήση επιλεκτικής τήξης με λέιζερ.alma mater.κατασκευαστής.επεξεργάζομαι, διαδικασία.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. and Alrbey K. Χαρακτηριστικά φθοράς ολίσθησης και συμπεριφορά διάβρωσης επιλεκτικής τήξης με λέιζερ ανοξείδωτου χάλυβα 316L.J. Alma mater.έργο.εκτέλεση.23, 518–526 (2013).
Shibata, Κ. et αϊ.Τριβή και φθορά από ανοξείδωτο χάλυβα κλίνης σκόνης υπό λίπανση λαδιού [J].Tribiol.εσωτερικά 104, 183–190 (2016).