Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir „JavaScript“.
Slankikliai, rodantys tris straipsnius vienoje skaidrėje.Norėdami pereiti per skaidres, naudokite mygtukus „Atgal“ ir „Kitas“ arba, norėdami pereiti per kiekvieną skaidrę, naudokite skaidrių valdiklio mygtukus pabaigoje.

ASTM A240 304 316 nerūdijančio plieno vidutinio storio plokštė gali būti supjaustyta ir pritaikyta Kinijos gamyklos kaina

Medžiagos klasė: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Tipas: feritas, austenitas, martensitas, dvipusis
Technologijos: šalto valcavimo ir karšto valcavimo
Sertifikatai: ISO9001, CE, SGS kiekvienais metais
Paslauga: trečiosios šalies bandymai
Pristatymas: per 10-15 dienų arba atsižvelgiant į kiekį

Nerūdijantis plienas yra geležies lydinys, kuriame chromo kiekis yra ne mažesnis kaip 10,5 proc.Dėl chromo ant plieno paviršiaus susidaro plona chromo oksido plėvelė, vadinama pasyvavimo sluoksniu.Šis sluoksnis apsaugo nuo korozijos atsiradimo ant plieno paviršiaus;kuo didesnis chromo kiekis pliene, tuo didesnis atsparumas korozijai.

Pliene taip pat yra įvairių kitų elementų, tokių kaip anglis, silicis ir manganas.Siekiant padidinti atsparumą korozijai (nikelis) ir formuojamumą (molibdenas), galima pridėti kitų elementų.

Didelės anglies martensitinio nerūdijančio plieno (HCMSS), kurį sudaro maždaug 22,5 tūrio, elgsena.% karbidų, kuriuose yra daug chromo (Cr) ir vanadžio (V), buvo fiksuotas lydymosi elektronų pluoštu būdu (EBM).Mikrostruktūra sudaryta iš martensito ir likutinio austenito fazių, submikrono aukšto V ir mikrono aukščio Cr karbidai yra tolygiai pasiskirstę, o kietumas yra palyginti didelis.CoF sumažėja maždaug 14,1 %, didėjant pastoviai apkrovai, nes medžiaga perkeliama iš susidėvėjusio takelio į priešingą korpusą.Palyginti su tokiu pačiu būdu apdorotu martensitiniu įrankių plienu, HCMSS nusidėvėjimo greitis yra beveik toks pat esant mažoms apkrovoms.Dominuojantis nusidėvėjimo mechanizmas yra plieno matricos pašalinimas trinties būdu, po kurio vyksta susidėvėjimo takelio oksidacija, o didėjant apkrovai atsiranda trijų komponentų abrazyvinis nusidėvėjimas.Plastinės deformacijos sritys po susidėvėjimo randu, nustatytos skerspjūvio kietumo kartografavimu.Konkretūs reiškiniai, atsirandantys didėjant susidėvėjimo sąlygoms, apibūdinami kaip karbido įtrūkimai, didelio vanadžio karbido plyšimas ir įtrūkimai.Šis tyrimas atskleidžia HCMSS priedų gamybos nusidėvėjimo ypatybes, kurios gali sudaryti sąlygas gaminti EBM komponentus, skirtus dilimui, pradedant velenais ir baigiant plastikinėmis įpurškimo formomis.
Nerūdijantis plienas (SS) yra universali plieno šeima, plačiai naudojama aviacijos erdvėje, automobiliuose, maisto pramonėje ir daugelyje kitų sričių dėl didelio atsparumo korozijai ir tinkamų mechaninių savybių1,2,3.Didelis jų atsparumas korozijai atsiranda dėl didelio chromo kiekio (daugiau nei 11,5 masės %) HC, kuris prisideda prie oksido plėvelės su dideliu chromo kiekiu susidarymo paviršiuje1.Tačiau daugumos nerūdijančio plieno rūšių anglies kiekis yra mažas, todėl jų kietumas ir atsparumas dilimui yra ribotas, todėl sutrumpėja su nusidėvėjimu susijusių prietaisų, pvz., aviacijos erdvėlaivių tūpimo komponentų, eksploatavimo laikas4.Paprastai jie yra žemo kietumo (nuo 180 iki 450 HV), tik kai kurie termiškai apdoroti martensitiniai nerūdijantys plienai pasižymi dideliu kietumu (iki 700 HV) ir dideliu anglies kiekiu (iki 1,2 masės%), o tai gali prisidėti prie martensito susidarymas.1. Trumpai tariant, didelis anglies kiekis sumažina martensitinės transformacijos temperatūrą, todėl gali susidaryti visiškai martensitinė mikrostruktūra ir įgyti dilimui atsparią mikrostruktūrą esant dideliam aušinimo greičiui.Į plieno matricą galima pridėti kietųjų fazių (pvz., karbidų), kad būtų dar labiau pagerintas štampo atsparumas dilimui.
Pritaikius priedų gamybą (AM) galima gauti naujų norimos sudėties, mikrostruktūrinių savybių ir puikių mechaninių savybių medžiagų5,6.Pavyzdžiui, miltelių sluoksnio lydymas (PBF), vienas iš labiausiai komercinių priedinio suvirinimo procesų, apima iš anksto legiruotų miltelių nusodinimą, kad būtų sudarytos glaudžios formos dalys, lydant miltelius naudojant šilumos šaltinius, tokius kaip lazeriai ar elektronų pluoštai7.Keletas tyrimų parodė, kad papildomai apdirbtos nerūdijančio plieno detalės gali pranokti tradiciškai pagamintas dalis.Pavyzdžiui, įrodyta, kad austenitinis nerūdijantis plienas, apdorotas priedais, pasižymi geresnėmis mechaninėmis savybėmis dėl smulkesnės mikrostruktūros (ty Hall-Petch santykiai)3,8,9.Termiškai apdorojant AM apdorotą feritinį nerūdijantį plieną, susidaro papildomos nuosėdos, kurios suteikia panašias mechanines savybes kaip ir įprastinių analogų3,10.Priimtas dviejų fazių nerūdijantis plienas, pasižymintis dideliu stiprumu ir kietumu, apdorotas priedais, o mechaninės savybės pagerėjo dėl chromo turinčių intermetalinių fazių mikrostruktūroje11.Be to, patobulintas priedais grūdinto martensitinio ir PH nerūdijančio plieno mechanines savybes galima gauti kontroliuojant išlikusį austenitą mikrostruktūroje ir optimizuojant apdirbimo ir terminio apdorojimo parametrus 3,12,13,14.
Iki šiol AM austenitinio nerūdijančio plieno tribologinėms savybėms buvo skiriama daugiau dėmesio nei kitų nerūdijančių plienų.Tirtas tribologinis lydymosi lazeriu elgesys miltelių sluoksnyje (L-PBF), apdorotame 316L, kaip AM apdorojimo parametrų funkcija.Įrodyta, kad sumažinus poringumą sumažinus nuskaitymo greitį arba padidinus lazerio galią, galima pagerinti atsparumą dilimui15,16.Li ir kt.17 išbandė sausą slydimą pagal įvairius parametrus (apkrovą, dažnį ir temperatūrą) ir parodė, kad kambario temperatūros nusidėvėjimas yra pagrindinis nusidėvėjimo mechanizmas, o didėjantis slydimo greitis ir temperatūra skatina oksidaciją.Susidaręs oksido sluoksnis užtikrina guolio veikimą, didėjant temperatūrai mažėja trintis, o aukštesnėje temperatūroje didėja dilimo greitis.Kituose tyrimuose TiC18, TiB219 ir SiC20 dalelių pridėjimas prie L-PBF apdorotos 316L matricos pagerino atsparumą dilimui, nes susidarė tankus, grūdintas trinties sluoksnis ir padidėjo kietųjų dalelių tūrinė dalis.Apsauginis oksido sluoksnis taip pat buvo pastebėtas L-PBF12 apdorotame PH pliene ir SS11 dvipusiame pliene, o tai rodo, kad austenito ribojimas po terminio apdorojimo12 gali pagerinti atsparumą dilimui.Kaip apibendrinama čia, literatūroje daugiausia dėmesio skiriama 316L SS serijos tribologinėms savybėms, tuo tarpu yra mažai duomenų apie martensitinių priedų, pagamintų nerūdijančiojo plieno, turinčio daug didesnį anglies kiekį, serijos tribologines charakteristikas.
Elektronų pluošto lydymas (EBM) yra metodas, panašus į L-PBF, galintis suformuoti mikrostruktūras su ugniai atspariais karbidais, tokiais kaip didelio vanadžio ir chromo karbidai, nes gali pasiekti aukštesnę temperatūrą ir skenavimo greitį 21, 22. Esama literatūra apie nerūdijančio plieno apdorojimą EBM plienas daugiausia orientuotas į optimalių ELM apdorojimo parametrų nustatymą, kad būtų gauta mikrostruktūra be įtrūkimų ir porų ir pagerintos mechaninės savybės23, 24, 25, 26, tuo pačiu metu dirbant su EBM apdoroto nerūdijančio plieno tribologinėmis savybėmis.Iki šiol didelio anglies martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto ELR, nusidėvėjimo mechanizmas buvo tiriamas ribotomis sąlygomis, ir buvo pranešta, kad abrazyvinėmis (šlifavimo popieriaus bandymas), sausomis ir purvo erozijos sąlygomis gali atsirasti sunkių plastinių deformacijų27.
Šiame tyrime buvo tiriamas didelio anglies martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto ELR, atsparumas dilimui ir trinties savybės toliau aprašytomis sausomis slydimo sąlygomis.Pirma, mikrostruktūrinės savybės buvo apibūdintos naudojant skenuojančią elektroninę mikroskopiją (SEM), energijos dispersinę rentgeno spektroskopiją (EDX), rentgeno spindulių difrakciją ir vaizdo analizę.Šiais metodais gauti duomenys vėliau naudojami kaip tribologinės elgsenos stebėjimų pagrindas, atliekant sausus slankiojo judėjimo bandymus esant įvairioms apkrovoms, o galiausiai, naudojant SEM-EDX ir lazerinius profilometrus, tiriama susidėvėjusio paviršiaus morfologija.Susidėvėjimo greitis buvo kiekybiškai įvertintas ir lyginamas su panašiai apdorotais martensitiniais įrankių plienais.Tai buvo padaryta siekiant sukurti pagrindą palyginti šią SS sistemą su dažniau naudojamomis dėvėjimo sistemomis su to paties tipo apdorojimu.Galiausiai, naudojant kietumo atvaizdavimo algoritmą, atskleidžiantį kontakto metu atsirandančią plastinę deformaciją, parodytas susidėvėjimo kelio skerspjūvio žemėlapis.Reikėtų pažymėti, kad šio tyrimo tribologiniai bandymai buvo atlikti siekiant geriau suprasti šios naujos medžiagos tribologines savybes, o ne imituoti konkretų pritaikymą.Šis tyrimas padeda geriau suprasti tribologines naujo, papildomai pagaminto martensitinio nerūdijančio plieno savybes, skirtas susidėvėjimui, kurią reikia naudoti atšiaurioje aplinkoje.
Didelės anglies martensitinio nerūdijančio plieno (HCMSS), apdoroto ELR, pavyzdžius prekės ženklu Vibenite® 350 sukūrė ir tiekė VBN Components AB, Švedija.Nominali cheminė mėginio sudėtis: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (masės proc.).Pirma, iš gautų stačiakampių bandinių (42 mm × 22 mm × 7 mm) buvo pagaminti sausi slankiojantys bandiniai (40 mm × 20 mm × 5 mm) be jokio papildomo terminio apdorojimo naudojant elektros išlydžio apdirbimą (EDM).Tada mėginiai buvo iš eilės sumalti SiC švitriniu popieriumi, kurio grūdelių dydis buvo nuo 240 iki 2400 R, kad paviršiaus šiurkštumas (Ra) būtų apie 0, 15 μm.Be to, EBM apdoroto daug anglies turinčio martensitinio įrankių plieno (HCMTS), kurio vardinė cheminė sudėtis yra 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (masės .%), bandiniai (komerciškai žinomi kaip Vibenite® 150) Taip pat paruoštas tokiu pačiu būdu.HCMTS sudėtyje yra 8 % tūrio karbidų ir jis naudojamas tik HCMSS nusidėvėjimo greičio duomenims palyginti.
HCMSS mikrostruktūrinis apibūdinimas buvo atliktas naudojant SEM (FEI Quanta 250, JAV), aprūpintą energiją dispersiniu rentgeno (EDX) XMax80 detektoriumi iš Oxford Instruments.Trys atsitiktinės mikrofotografijos, kuriose yra 3500 µm2, buvo padarytos atgalinio elektrono (GSE) režimu ir analizuojamos naudojant vaizdo analizę (ImageJ®)28, siekiant nustatyti ploto dalį (ty tūrio dalį), dydį ir formą.Dėl pastebėtos būdingos morfologijos ploto dalis buvo paimta lygi tūrio daliai.Be to, karbidų formos koeficientas apskaičiuojamas naudojant formos koeficiento lygtį (Shfa):
Čia Ai yra karbido plotas (µm2), o Pi yra karbido perimetras (µm)29.Fazėms nustatyti buvo atlikta miltelinė rentgeno difrakcija (XRD), naudojant rentgeno spindulių difraktometrą (Bruker D8 Discover su LynxEye 1D juostiniu detektoriumi) su Co-Kα spinduliuote (λ = 1,79026 Å).Nuskaitykite mėginį 2θ diapazone nuo 35° iki 130° su 0,02° žingsnio dydžiu ir 2 sekundžių žingsnio trukme.XRD duomenys buvo analizuojami naudojant Diffract.EVA programinę įrangą, kuri 2021 m. atnaujino kristalografinę duomenų bazę. Be to, mikrokietumui nustatyti buvo naudojamas Vickers kietumo testeris (Struers Durascan 80, Austrija).Pagal ASTM E384-17 30 standartą ant metalografiškai paruoštų mėginių buvo padaryta 30 atspaudų 0,35 mm žingsniais 10 s esant 5 kgf.Autoriai anksčiau apibūdino HCMTS31 mikrostruktūrines ypatybes.
Sauso stūmoklio susidėvėjimo bandymams atlikti buvo naudojamas rutulinis tribometras (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, JAV), kurio konfigūracija išsamiai aprašyta kitur31.Bandymo parametrai yra tokie: pagal standartą 32 ASTM G133-05, apkrova 3 N, dažnis 1 Hz, eiga 3 mm, trukmė 1 val.Kaip atsvarai buvo naudojami aliuminio oksido rutuliukai (Al2O3, 28/ISO 3290 tikslumo klasė), kurių skersmuo 10 mm, makrokietumas apie 1500 HV, o paviršiaus šiurkštumas (Ra) apie 0,05 µm, kuriuos pateikė „Redhill Precision“, Čekija. .Balansavimas buvo pasirinktas siekiant užkirsti kelią oksidacijos poveikiui, kuris gali atsirasti dėl balansavimo, ir geriau suprasti bandinių nusidėvėjimo mechanizmus esant sunkioms dėvėjimosi sąlygoms.Reikėtų pažymėti, kad bandymo parametrai yra tokie patys kaip ir 8 nuorodoje, kad būtų galima palyginti susidėvėjimo greičio duomenis su esamais tyrimais.Be to, siekiant patikrinti tribologinį veikimą esant didesnėms apkrovoms, buvo atlikta eilė slenkamų bandymų su 10 N apkrova, o kiti bandymo parametrai išliko pastovūs.Pradinis kontaktinis slėgis pagal hercą yra atitinkamai 7,7 MPa ir 11,5 MPa esant 3 N ir 10 N.Atliekant nusidėvėjimo bandymą, trinties jėga buvo registruojama 45 Hz dažniu ir apskaičiuotas vidutinis trinties koeficientas (CoF).Kiekvienai apkrovai buvo atlikti trys matavimai aplinkos sąlygomis.
Susidėvėjimo trajektorija buvo ištirta naudojant aukščiau aprašytą SEM, o EMF analizė atlikta naudojant „Aztec Acquisition“ dilimo paviršiaus analizės programinę įrangą.Susidėvėjęs suporuoto kubo paviršius buvo ištirtas naudojant optinį mikroskopą (Keyence VHX-5000, Japonija).Nekontaktinis lazerinis profiliuotojas („NanoFocus µScan“, Vokietija) nuskenavo nusidėvėjimo žymę vertikalia skiriamąja geba ±0,1 µm išilgai z ašies ir 5 µm išilgai x ir y ašių.Susidėvėjusio rando paviršiaus profilio žemėlapis buvo sukurtas Matlab® naudojant x, y, z koordinates, gautas iš profilio matavimų.Apskaičiuojant susidėvėjimo tūrio nuostolius susidėvėjimo trajektorijoje, naudojami keli vertikalūs nusidėvėjimo trajektorijos profiliai, išgauti iš paviršiaus profilio žemėlapio.Tūrio praradimas buvo apskaičiuotas kaip vielos profilio vidutinio skerspjūvio ploto ir susidėvėjimo takelio ilgio sandauga, o papildomos šio metodo detalės buvo aprašytos anksčiau autorių33.Iš čia savitasis nusidėvėjimo greitis (k) gaunamas pagal šią formulę:
Čia V – tūrio nuostoliai dėl susidėvėjimo (mm3), W – taikoma apkrova (N), L – slydimo atstumas (mm), o k – savitasis nusidėvėjimo greitis (mm3/Nm)34.HCMTS trinties duomenys ir paviršiaus profilių žemėlapiai yra įtraukti į papildomą medžiagą (papildomas S1 paveikslas ir S2 paveikslas), kad būtų galima palyginti HCMSS nusidėvėjimo greitį.
Šiame tyrime buvo naudojamas susidėvėjimo kelio skerspjūvio kietumo žemėlapis, siekiant parodyti susidėvėjimo zonos plastinės deformacijos elgseną (ty sukietėjimą darbe dėl kontaktinio slėgio).Poliruoti mėginiai buvo supjaustyti aliuminio oksido pjovimo ratu pjovimo mašinoje (Struers Accutom-5, Austrija) ir poliruoti SiC švitriniu popieriumi nuo 240 iki 4000 P išilgai mėginių storio.Mikrokietumo matavimas 0,5 kgf 10 s ir 0,1 mm atstumu pagal ASTM E348-17.Atspaudai buvo dedami ant 1, 26 × 0, 3 mm2 stačiakampio tinklelio maždaug 60 µm žemiau paviršiaus (1 pav.), o tada kietumo žemėlapis buvo pateiktas naudojant tinkintą Matlab® kodą, aprašytą kitur35.Be to, naudojant SEM buvo ištirta susidėvėjimo zonos skerspjūvio mikrostruktūra.
Susidėvėjimo ženklo schema, rodanti skerspjūvio vietą (a), ir optinė kietumo žemėlapio mikrografija, rodanti žymą, identifikuotą skerspjūvyje (b).
ELP apdoroto HCMSS mikrostruktūra susideda iš homogeninio karbido tinklo, apsupto matrica (2a, b pav.).EDX analizė parodė, kad pilki ir tamsūs karbidai buvo atitinkamai chromo ir vanadžio turtingi karbidai (1 lentelė).Apskaičiuota pagal vaizdo analizę, apskaičiuota, kad karbidų tūrio dalis yra ~ 22,5 % (~18,2 % didelio chromo karbidų ir ~ 4,3 % didelio vanadžio karbidų).Vidutiniai grūdelių dydžiai su standartiniais nuokrypiais yra atitinkamai 0,64 ± 0,2 µm ir 1,84 ± 0,4 µm karbidams, kuriuose gausu V ir Cr (2c, d pav.).Aukštos V karbidai paprastai būna apvalesni, o formos koeficientas (± SD) yra maždaug 0,88 ± 0,03, nes formos koeficiento vertės, artimos 1, atitinka apvalius karbidus.Priešingai, didelio chromo karbidai nėra visiškai apvalūs, jų formos koeficientas yra apie 0,56 ± 0,01, o tai gali būti dėl aglomeracijos.Martensito (α, bcc) ir išlaikyto austenito (γ', fcc) difrakcijos smailės buvo aptiktos HCMSS rentgeno spindulių schemoje, kaip parodyta 2e pav.Be to, rentgeno paveikslas rodo antrinių karbidų buvimą.Dideli chromo karbidai buvo nustatyti kaip M3C2 ir M23C6 tipo karbidai.Literatūros duomenimis, 36, 37, 38 VC karbidų difrakcijos smailės buvo užfiksuotos ties ≈43° ir 63°, o tai rodo, kad VC smailės buvo užmaskuotos chromo turinčių karbidų M23C6 smailėmis (2e pav.).
Daug anglies turinčio martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto EBL (a) mažu padidinimu ir (b) dideliu padidinimu, mikrostruktūra, kurioje yra chromo ir vanadžio turtingi karbidai ir nerūdijančio plieno matrica (elektronų atgalinės sklaidos režimas).Juostinės diagramos, rodančios daug chromo (c) ir daug vanadžio (d) turinčių karbidų grūdelių pasiskirstymą.Rentgeno paveikslas rodo martensito, sulaikyto austenito ir karbidų buvimą mikrostruktūroje (d).
Vidutinis mikrokietumas yra 625,7 + 7,5 HV5, o tai rodo gana didelį kietumą, palyginti su įprastu būdu apdorotu martensitiniu nerūdijančiu plienu (450 HV)1 be terminio apdorojimo.Pranešama, kad didelio V karbidų ir didelio Cr karbidų nanoindentacijos kietumas yra atitinkamai nuo 12 iki 32, 5 GPa39 ir 13–22 GPa40.Taigi, didelis HCMSS kietumas, apdorotas ELP, yra dėl didelio anglies kiekio, kuris skatina karbido tinklo susidarymą.Taigi, HSMSS, apdorotas ELP, pasižymi geromis mikrostruktūrinėmis savybėmis ir kietumu be jokio papildomo terminio apdorojimo.
3 N ir 10 N mėginių vidutinio trinties koeficiento (CoF) kreivės pateiktos 3 paveiksle, minimalių ir didžiausių trinties verčių diapazonas pažymėtas permatomu atspalviu.Kiekviena kreivė rodo įjungimo fazę ir pastovios būsenos fazę.Įsibėgėjimo fazė baigiasi ties 1,2 m, kai CoF (± SD) yra 0,41 ± 0,24,3 N, ir 3,7 m, kai CoF yra 0,71 ± 0,16,10 N, prieš pereinant į fazės pastoviąją būseną, kai trintis sustoja.greitai nesikeičia.Dėl mažo kontaktinio ploto ir grubios pradinės plastinės deformacijos trinties jėga sparčiai didėjo įvažiavimo stadijoje esant 3 N ir 10 N, kur didesnė trinties jėga ir ilgesnis slydimo atstumas, esant 10 N, gali būti dėl į tai, kad Palyginti su 3 N, paviršiaus pažeidimai yra didesni.3 N ir 10 N CoF vertės nejudančioje fazėje yra atitinkamai 0,78 ± 0,05 ir 0,67 ± 0,01.CoF yra praktiškai stabilus esant 10 N ir palaipsniui didėja esant 3 N. Ribotoje literatūroje L-PBF apdoroto nerūdijančio plieno CoF, palyginti su keraminiais reakcijos kūnais, esant mažoms apkrovoms, svyruoja nuo 0,5 iki 0,728, 20, 42. geras suderinimas su išmatuotomis CoF vertėmis šiame tyrime.CoF sumažėjimas didėjant apkrovai pastovioje būsenoje (apie 14,1 %) gali būti siejamas su paviršiaus degradacija, atsirandančia susidėvėjusio paviršiaus ir atitikmens sąsajoje, kuri bus toliau aptariama kitame skyriuje, analizuojant paviršiaus paviršių. susidėvėję pavyzdžiai.
VSMSS bandinių, apdorotų ELP, trinties koeficientai slystančiais takais esant 3 N ir 10 N, kiekvienai kreivei pažymėta stacionari fazė.
HKMS (625,7 HV) savitieji nusidėvėjimo rodikliai įvertinti atitinkamai 6,56 ± 0,33 × 10–6 mm3/Nm ir 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm, esant 3 N ir 10 N (4 pav.).Taigi, dilimo greitis didėja didėjant apkrovai, o tai gerai sutampa su esamais austenito, apdoroto L-PBF ir PH SS17,43, tyrimais.Tomis pačiomis tribologinėmis sąlygomis nusidėvėjimo greitis esant 3 N yra maždaug penktadalis nei austenitinio nerūdijančio plieno, apdoroto L-PBF (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), kaip ir ankstesniu atveju. .8. Be to, HCMSS dėvėjimosi greitis esant 3 N buvo žymiai mažesnis nei įprastai apdirbto austenitinio nerūdijančio plieno ir ypač didesnis nei labai izotropinio presuoto (k = 4,20 ± 0,3 × 10–5 mm3)./Nm, 176 HV) ir liejimo (k = 4,70 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) apdirbtas austenitinis nerūdijantis plienas, atitinkamai 8.Palyginti su šiais literatūros tyrimais, pagerėjęs HCMSS atsparumas dilimui yra susijęs su dideliu anglies kiekiu ir susidariusiu karbido tinklu, dėl kurio yra didesnis kietumas nei įprastu būdu apdirbamo austenitinio nerūdijančio plieno.Norint toliau tirti HCMSS bandinių nusidėvėjimo greitį, palyginimui panašiomis sąlygomis (3 N ir 10 N) buvo išbandytas panašiai apdirbtas didelio anglies martensitinio įrankių plieno (HCMTS) bandinys (kurio kietumas 790 HV);Papildoma medžiaga yra HCMTS paviršiaus profilio žemėlapis (papildomas S2 paveikslas).HCMSS nusidėvėjimo greitis (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 mm3/Nm) yra beveik toks pat kaip HCMTS, esant 3 N (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 mm3/Nm), o tai rodo puikų atsparumą dilimui .Šios savybės daugiausia siejamos su HCMSS mikrostruktūrinėmis savybėmis (ty didelis karbido kiekis, dydis, forma ir karbido dalelių pasiskirstymas matricoje, kaip aprašyta 3.1 skirsnyje).Kaip pranešta anksčiau 31, 44, karbido kiekis turi įtakos nusidėvėjimo rando pločiui ir gyliui bei mikroabrazyvinio nusidėvėjimo mechanizmui.Tačiau karbido kiekis yra nepakankamas, kad apsaugotų štampą esant 10 N, todėl padidėja susidėvėjimas.Tolesniame skyriuje susidėvėjimo paviršiaus morfologija ir topografija naudojama paaiškinti pagrindinius susidėvėjimo ir deformacijos mechanizmus, kurie turi įtakos HCMSS nusidėvėjimo greičiui.Esant 10 N, VCMSS nusidėvėjimo greitis (k = 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm) yra didesnis nei VKMTS (k = 5,45 ± 0,69 × 10–6 mm3/Nm).Priešingai, šie nusidėvėjimo rodikliai vis dar yra gana dideli: esant panašioms bandymų sąlygoms, chromo ir stelito pagrindu pagamintų dangų nusidėvėjimo greitis yra mažesnis nei HCMSS45,46.Galiausiai dėl didelio aliuminio oksido kietumo (1500 HV) susidėvėjimo greitis buvo nereikšmingas ir buvo rasta medžiagos perkėlimo iš bandinio į aliuminio rutulius požymių.
Specifinis susidėvėjimas ELR apdirbant daug anglies turintį martensitinį nerūdijantį plieną (HMCSS), ELR apdirbant daug anglies turintį martensitinį įrankių plieną (HCMTS) ir L-PBF, liejant ir aukšto izotropinio presavimo (HIP) apdirbant austenitinį nerūdijantį plieną (316LSS) įvairiais tikslais greičiai apkrauti.Sklaidos diagrama rodo matavimų standartinį nuokrypį.Austenitinio nerūdijančio plieno duomenys paimti iš 8.
Nors kietosios dangos, tokios kaip chromas ir stelitas, gali užtikrinti didesnį atsparumą dilimui nei papildomai apdirbtos lydinių sistemos, priedinis apdirbimas gali (1) pagerinti mikrostruktūrą, ypač įvairaus tankio medžiagoms.operacijos galinėje dalyje;ir (3) naujų paviršiaus topologijų, pvz., integruotų skysčio dinaminių guolių, kūrimas.Be to, AM siūlo geometrinio dizaino lankstumą.Šis tyrimas yra ypač naujas ir svarbus, nes labai svarbu išsiaiškinti šių naujai sukurtų metalų lydinių su EBM dilimo charakteristikas, kurių dabartinė literatūra yra labai ribota.
Susidėvėjusio paviršiaus morfologija ir susidėvėjusių mėginių morfologija esant 3 N parodyta fig.5, kur pagrindinis nusidėvėjimo mechanizmas yra dilimas, po kurio vyksta oksidacija.Pirmiausia plieninis pagrindas plastiškai deformuojamas, o paskui pašalinamas, kad susidarytų 1–3 µm gylio grioveliai, kaip parodyta paviršiaus profilyje (5a pav.).Dėl nuolatinio slydimo susidariusios trinties šilumos pašalinta medžiaga lieka tribologinės sistemos sąsajoje, sudarydama tribologinį sluoksnį, susidedantį iš mažų salelių, kuriose yra daug geležies oksido, supančių daug chromo ir vanadžio karbidų (5b pav. ir 2 lentelė).), kaip buvo pranešta apie austenitinį nerūdijantį plieną, apdorotą L-PBF15,17.Ant pav.5c parodyta intensyvi oksidacija, vykstanti nusidėvėjimo rando centre.Taigi, trinties sluoksnio susidarymą palengvina trinties sluoksnio (ty oksido sluoksnio) sunaikinimas (5f pav.) arba medžiagos pašalinimas vyksta silpnose mikrostruktūros vietose, taip pagreitinant medžiagos pašalinimą.Abiem atvejais trinties sluoksnio ardymas sąlygoja susidėvėjimo produktų susidarymą sąsajoje, o tai gali būti CoF didėjimo tendencijos priežastimi pastovioje būsenoje 3N (3 pav.).Be to, yra trijų dalių susidėvėjimo požymių, kuriuos sukelia oksidai ir laisvos susidėvėjimo dalelės ant nusidėvėjimo takelio, dėl ko galiausiai susidaro mikro įbrėžimai ant pagrindo (5b pav., e)9,12,47.
Daug anglies turinčio martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto ELP 3 N slėgiu, paviršiaus profilis (a) ir fotomikrografijos (b–f), nusidėvėjimo žymės skerspjūvis GSE režimu (d) ir susidėvėjimo optinė mikroskopija paviršius prie 3 N (g) aliuminio oksido sferų.
Ant plieninio pagrindo susidarė slydimo juostos, rodančios plastinę deformaciją dėl susidėvėjimo (5e pav.).Panašūs rezultatai gauti ir tiriant SS47 austenitinio plieno, apdoroto L-PBF, dilimo elgesį.Vanadžio turinčių karbidų perorientavimas taip pat rodo plastinę plieno matricos deformaciją slystant (5e pav.).Susidėvėjimo žymės skerspjūvio mikrografijose matyti, kad yra nedidelių apvalių duobučių, apsuptų mikroįtrūkimų (5d pav.), kurios gali atsirasti dėl per didelės plastinės deformacijos šalia paviršiaus.Medžiagos perdavimas į aliuminio oksido sferas buvo ribotas, o sferos liko nepažeistos (5g pav.).
Pavyzdžių susidėvėjimo plotis ir gylis didėjo didėjant apkrovai (esant 10 N), kaip parodyta paviršiaus topografijos žemėlapyje (6a pav.).Dilimas ir oksidacija vis dar yra dominuojantys nusidėvėjimo mechanizmai, o mikroįbrėžimų skaičiaus padidėjimas nusidėvėjimo takelyje rodo, kad trijų dalių susidėvėjimas vyksta ir esant 10 N (6b pav.).EDX analizė parodė geležies turtingų oksidų salelių susidarymą.Al smailės spektruose patvirtino, kad medžiagos perkėlimas iš sandorio šalies į mėginį įvyko esant 10 N (6c pav. ir 3 lentelė), o esant 3 N – nepastebėta (2 lentelė).Trijų kėbulų susidėvėjimą sukelia susidėvėjimo dalelės iš oksidų salelių ir analogų, kur išsami EDX analizė atskleidė medžiagų pernešimą iš analogų (papildomas S3 paveikslas ir S1 lentelė).Oksido salelių vystymasis siejamas su giliomis duobėmis, tai pastebima ir 3N (5 pav.).Karbidų įtrūkimai ir skilimas daugiausia vyksta karbiduose, kuriuose yra daug 10 N Cr (6e, f pav.).Be to, didelio V karbidai pleiskanoja ir susidėvi aplinkinę matricą, o tai savo ruožtu sukelia trijų dalių susidėvėjimą.Tako skerspjūvyje taip pat atsirado duobė, savo dydžiu ir forma panaši į aukšto V karbido (paryškinta raudonu apskritimu) (6d pav.) (žr. karbido dydžio ir formos analizę. 3.1), tai rodo, kad aukštas V karbidas V gali nulupti nuo matricos esant 10 N. Aukšto V karbidų apvali forma prisideda prie traukimo efekto, o aglomeruoti aukšto Cr karbidai yra linkę įtrūkti (6e pav., f).Toks gedimo elgesys rodo, kad matrica viršijo savo gebėjimą atlaikyti plastines deformacijas ir kad mikrostruktūra neužtikrina pakankamo smūgio stiprumo esant 10 N. Vertikalus įtrūkimas po paviršiumi (6d pav.) rodo plastinės deformacijos, atsirandančios slystant, intensyvumą.Didėjant apkrovai, medžiaga perkeliama iš susidėvėjusio takelio į aliuminio oksido rutulį (6g pav.), kuris gali būti pastovus esant 10 N. Pagrindinė CoF vertės sumažėjimo priežastis (3 pav.).
Daug anglies turinčio martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto EBA, esant 10 N slėgiui, susidėvėjusio paviršiaus topografijos (b–f) paviršiaus profilis (a) ir mikrofotografijos (b–f), susidėvėjusio takelio skerspjūvis GSE režimu (d) ir optinio mikroskopo paviršius aliuminio oksido rutulio esant 10 N (g).
Slystančio susidėvėjimo metu paviršius yra veikiamas antikūnų sukeltų gniuždymo ir šlyties įtempių, todėl po susidėvėjusiu paviršiumi susidaro didelė plastinė deformacija34,48,49.Todėl po paviršiumi dėl plastinių deformacijų gali atsirasti kietėjimas darbe, turintis įtakos nusidėvėjimui ir deformacijos mechanizmams, lemiantiems medžiagos nusidėvėjimą.Todėl šiame tyrime buvo atliktas skerspjūvio kietumo kartografavimas (kaip išsamiai aprašyta 2.4 skyriuje), siekiant nustatyti plastinės deformacijos zonos (PDZ) vystymąsi žemiau nusidėvėjimo kelio kaip apkrovos funkciją.Kadangi, kaip minėta ankstesniuose skyriuose, po nusidėvėjimo pėdsaku buvo pastebėti aiškūs plastinės deformacijos požymiai (5d, 6d pav.), ypač esant 10 N.
Ant pav.7 paveiksle parodytos HCMSS, apdoroto ELP, esant 3 N ir 10 N, susidėvėjimo žymių skerspjūvio kietumo diagramos. Verta paminėti, kad šios kietumo vertės buvo naudojamos kaip indeksas, norint įvertinti darbo grūdinimo poveikį.Kietumo pokytis žemiau nusidėvėjimo žymės yra nuo 667 iki 672 HV esant 3 N (7a pav.), o tai rodo, kad darbo grūdinimas yra nereikšmingas.Manoma, kad dėl mažos mikrokietumo žemėlapio skiriamosios gebos (ty atstumo tarp žymių) taikytas kietumo matavimo metodas negalėjo nustatyti kietumo pokyčių.Priešingai, PDZ zonos, kurių kietumo vertės yra nuo 677 iki 686 HV, kurių didžiausias gylis yra 118 µm, o ilgis 488 µm, buvo stebimos esant 10 N (7b pav.), o tai koreliuoja su susidėvėjimo vėžės pločiu ( 6a pav.)).Panašūs duomenys apie PDZ dydžio kitimą priklausomai nuo apkrovos buvo rasti SS47, apdoroto L-PBF, nusidėvėjimo tyrime.Rezultatai rodo, kad sulaikyto austenito buvimas turi įtakos papildomai pagamintų plienų 3, 12, 50 elastingumui, o sulaikytas austenitas plastinės deformacijos metu virsta martensitu (fazinės transformacijos plastinis efektas), o tai padidina plieno darbinį grūdinimą.plienas 51. Kadangi VCMSS mėginyje buvo sulaikytas austenitas pagal anksčiau aptartą rentgeno spindulių difrakcijos modelį (2e pav.), buvo pasiūlyta, kad išlikęs austenitas mikrostruktūroje kontakto metu gali virsti martensitu, taip padidindamas PDZ kietumą ( 7b pav.).Be to, susidėvėjimo takelyje susidaręs slydimas (5e, 6f pav.) taip pat rodo plastinę deformaciją, kurią sukelia dislokacijos slydimas, veikiant šlyties įtempiams slydimo kontakto metu.Tačiau 3 N sukeltas šlyties įtempis buvo nepakankamas, kad būtų sukurtas didelis dislokacijos tankis arba išlaikyto austenito transformacija į martensitą, stebimą taikant taikytą metodą, todėl darbo sukietėjimas buvo pastebėtas tik esant 10 N (7b pav.).
Didelės anglies turinčio martensitinio nerūdijančio plieno susidėvėjimo takelių, apdorojamų elektros iškrova 3 N (a) ir 10 N (b), skerspjūvio kietumo diagramos.
Šis tyrimas parodo naujo didelio anglies martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto ELR, nusidėvėjimą ir mikrostruktūrines savybes.Atlikti sauso susidėvėjimo bandymai slystant veikiant įvairioms apkrovoms, o susidėvėję mėginiai ištirti naudojant elektroninę mikroskopiją, lazerinį profilometrą ir susidėvėjimo takelių skerspjūvių kietumo žemėlapius.
Mikrostruktūrinė analizė atskleidė vienodą karbidų, turinčių didelį chromo (~18,2 % karbidų) ir vanadžio (~ 4,3 % karbidų) kiekį, pasiskirstymą martensito ir išlaikyto austenito matricoje su santykinai dideliu mikrokietumu.Dominuojantys nusidėvėjimo mechanizmai yra susidėvėjimas ir oksidacija esant mažoms apkrovoms, o trijų korpusų susidėvėjimas, kurį sukelia ištempti aukštos V įtampos karbidai ir palaidi grūdėtieji oksidai, taip pat prisideda prie susidėvėjimo, kai apkrova didėja.Dėvėjimosi greitis yra geresnis nei L-PBF ir įprastinio apdirbto austenitinio nerūdijančio plieno ir netgi panašus į EBM apdirbtų įrankių plieną esant mažoms apkrovoms.CoF vertė mažėja didėjant apkrovai dėl medžiagos perkėlimo į priešingą kūną.Naudojant skerspjūvio kietumo kartografavimo metodą, plastinės deformacijos zona rodoma žemiau nusidėvėjimo žymos.Galimas grūdelių patobulinimas ir fazių perėjimai matricoje gali būti toliau tiriami naudojant elektronų atgalinės sklaidos difrakciją, kad būtų galima geriau suprasti darbo grūdinimo poveikį.Maža mikrokietumo žemėlapio skiriamoji geba neleidžia vizualizuoti susidėvėjimo zonos kietumo esant mažoms taikomoms apkrovoms, todėl nanoindentacija gali užtikrinti didesnės skiriamosios gebos kietumo pokyčius naudojant tą patį metodą.
Šiame tyrime pirmą kartą pateikiama išsami naujo didelio anglies martensitinio nerūdijančio plieno, apdoroto ELR, atsparumo dilimui ir trinties savybių analizė.Atsižvelgiant į AM geometrinę projektavimo laisvę ir galimybę sumažinti apdirbimo žingsnius naudojant AM, šis tyrimas galėtų sudaryti sąlygas šios naujos medžiagos gamybai ir jos naudojimui su nusidėvėjimu susijusiuose įrenginiuose nuo velenų iki plastikinių įpurškimo formų su sudėtingu aušinimo kanalu.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, t.255 (Amerikos aeronautikos ir astronautikos draugija, 2018).
Bajaj, P. ir kt.Plienas priedų gamyboje: jo mikrostruktūros ir savybių apžvalga.Alma Mater.Mokslas.projektą.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. ir Passeggio, F. EN 3358 nerūdijančio plieno aerokosminių komponentų dilimo paviršiaus pažeidimai slystant.Brolija.Red.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. ir kt.Papildoma metalinių komponentų gamyba – procesas, struktūra ir veikimas.programavimas.Alma Mater.Mokslas.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. ir Emmelmann S. Metalo priedų gamyba.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
Tarptautinė ASTM.Standartinė priedų gamybos technologijos terminija.Greita gamyba.Docentas.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. ir kt.316L nerūdijančio plieno mechaninės ir tribologinės savybės – selektyvaus lazerinio lydymo, karštojo presavimo ir įprastinio liejimo palyginimas.Pridėti prie.gamintojas.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T. ir Pham, MS mikrostruktūros indėlis į papildomai pagamintus 316L nerūdijančio plieno sauso slydimo nusidėvėjimo mechanizmus ir anizotropiją.Alma Mater.gruod.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. ir Tatlock GJ Plieninių konstrukcijų, grūdintų geležies oksido dispersija, gautų selektyvaus lydymo lazeriu būdu, mechaninė reakcija ir deformacijos mechanizmai.žurnalas.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI ir Akhtar, F. Didesnis mechaninis stiprumas po SLM 2507 terminio apdorojimo kambario ir aukštesnėje temperatūroje, padedamas kietų / plastiškų sigma kritulių.Metalas (Bazelis).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E. ir Li, S. 3D spausdinto 17-4 PH nerūdijančio plieno mikrostruktūra, reakcija po karščio ir tribologinės savybės.Nešioti 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y. ir Zhang, L. TiC/AISI420 nerūdijančio plieno kompozitų, pagamintų selektyvaus lydymo lazeriu būdu, tankinimo elgsena, mikrostruktūros raida ir mechaninės savybės.Alma Mater.gruod.187, 1–13 (2020).
Zhao X. ir kt.AISI 420 nerūdijančio plieno gamyba ir apibūdinimas naudojant selektyvų lazerinį lydymą.Alma Mater.gamintojas.procesas.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. ir Alrbey K. 316L nerūdijančio plieno selektyvaus lydymo lazeriu slydimo charakteristikos ir korozijos savybės.J. Alma mater.projektą.vykdyti.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. ir kt.Miltelinio sluoksnio nerūdijančio plieno trintis ir susidėvėjimas tepant alyva [J].Tribiol.vidaus 104, 183–190 (2016).