Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Utilizați o versiune de browser cu suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).În plus, pentru a asigura suport continuu, arătăm site-ul fără stiluri și JavaScript.
Glisoare care arată trei articole pe diapozitiv.Utilizați butoanele înapoi și următorul pentru a vă deplasa prin diapozitive sau butoanele controlerului de diapozitive de la sfârșit pentru a vă deplasa prin fiecare diapozitiv.

Placa de grosime medie din oțel inoxidabil ASTM A240 304 316 poate fi tăiată și personalizată prețul de fabrică din China

Grad material: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Tip: Feritic, Austenit, Martensite, Duplex
Tehnologie: laminată la rece și laminată la cald
Certificari: ISO9001, CE, SGS in fiecare an
Serviciu: testare terță parte
Livrare: in 10-15 zile sau avand in vedere cantitatea

Oțelul inoxidabil este un aliaj de fier care are un conținut minim de crom de 10,5%.Conținutul de crom produce o peliculă subțire de oxid de crom pe suprafața oțelului numit strat de pasivare.Acest strat previne apariția coroziunii pe suprafața oțelului;cu cât cantitatea de crom din oțel este mai mare, cu atât este mai mare rezistența la coroziune.

Oțelul conține, de asemenea, cantități variate de alte elemente, cum ar fi carbon, siliciu și mangan.Se pot adăuga și alte elemente pentru a crește rezistența la coroziune (Nichel) și formabilitatea (Molibden).

Comportamentul oțelului inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon (HCMSS) constând din aproximativ 22,5 vol.% carburi cu un conținut ridicat de crom (Cr) și vanadiu (V), a fost fixat prin topire cu fascicul de electroni (EBM).Microstructura este compusă din faze de martensită și austenită reziduală, carburile V submicronice și Cr înalte micron sunt distribuite uniform, iar duritatea este relativ mare.CoF scade cu aproximativ 14,1% odată cu creșterea sarcinii la starea de echilibru datorită transferului de material de pe calea uzată la corpul opus.În comparație cu oțelurile de scule martensitice tratate în același mod, rata de uzură a HCMSS este aproape aceeași la sarcini reduse aplicate.Mecanismul de uzură dominant este îndepărtarea matricei de oțel prin abraziune urmată de oxidarea pistei de uzură, în timp ce uzura abrazivă cu trei componente are loc odată cu creșterea sarcinii.Zonele de deformare plastică sub cicatricea de uzură identificate prin cartografierea durității în secțiune transversală.Fenomenele specifice care apar odată cu creșterea condițiilor de uzură sunt descrise ca fisurarea carburii, ruperea ridicată a carburii de vanadiu și fisurarea matriței.Această cercetare pune în lumină caracteristicile de uzură ale fabricației aditive HCMSS, care ar putea deschide calea pentru producția de componente EBM pentru aplicații de uzură, de la arbori la matrițe de injecție din plastic.
Oțelul inoxidabil (SS) este o familie versatilă de oțeluri utilizate pe scară largă în industria aerospațială, auto, alimentară și multe alte aplicații datorită rezistenței mari la coroziune și proprietăților mecanice adecvate1,2,3.Rezistența lor ridicată la coroziune se datorează conținutului ridicat de crom (mai mult de 11,5 % în greutate %) în HC, care contribuie la formarea unei pelicule de oxid cu un conținut ridicat de crom la suprafață1.Cu toate acestea, majoritatea claselor de oțel inoxidabil au un conținut scăzut de carbon și, prin urmare, au duritate și rezistență la uzură limitate, ceea ce duce la o durată de viață redusă a dispozitivelor legate de uzură, cum ar fi componentele de aterizare aerospațială4.De obicei au o duritate scăzută (în intervalul 180 până la 450 HV), doar unele oțeluri inoxidabile martensitice tratate termic au duritate mare (până la 700 HV) și conținut ridicat de carbon (până la 1,2% în greutate), ceea ce poate contribui la formarea martensitei.1. Pe scurt, un conținut ridicat de carbon scade temperatura de transformare martensitică, permițând formarea unei microstructuri complet martensitice și dobândirea unei microstructuri rezistente la uzură la viteze mari de răcire.Fazele dure (de exemplu, carburi) pot fi adăugate la matricea de oțel pentru a îmbunătăți și mai mult rezistența la uzură a matriței.
Introducerea producției aditive (AM) poate produce noi materiale cu compoziția dorită, caracteristici microstructurale și proprietăți mecanice superioare5,6.De exemplu, topirea în pat de pulbere (PBF), unul dintre cele mai comercializate procese de sudare aditivă, implică depunerea de pulberi prealiate pentru a forma piese strâns modelate prin topirea pulberilor folosind surse de căldură precum lasere sau fascicule de electroni7.Mai multe studii au arătat că piesele din oțel inoxidabil prelucrate aditiv pot depăși piesele fabricate în mod tradițional.De exemplu, oțelurile inoxidabile austenitice supuse procesării aditive s-au dovedit a avea proprietăți mecanice superioare datorită microstructurii lor mai fine (adică, relațiile Hall-Petch)3,8,9.Tratamentul termic al oțelului inoxidabil feritic tratat cu AM produce precipitate suplimentare care oferă proprietăți mecanice similare cu omologii lor convenționali3,10.Oțel inoxidabil bifazic adoptat cu rezistență și duritate ridicată, prelucrat prin procesare aditivă, unde proprietățile mecanice îmbunătățite se datorează fazelor intermetalice bogate în crom din microstructură11.În plus, proprietățile mecanice îmbunătățite ale oțelurilor martensitice și inoxidabile PH întărite cu aditiv pot fi obținute prin controlul austenitei reținute în microstructură și optimizarea parametrilor de prelucrare și tratament termic 3,12,13,14.
Până în prezent, proprietățile tribologice ale oțelurilor inoxidabile austenitice AM au primit mai multă atenție decât alte oțeluri inoxidabile.Comportamentul tribologic al topirii laser într-un strat de pulbere (L-PBF) tratat cu 316L a fost studiat în funcție de parametrii de procesare AM.S-a demonstrat că reducerea la minimum a porozității prin reducerea vitezei de scanare sau creșterea puterii laserului poate îmbunătăți rezistența la uzură15,16.Li et al.17 au testat uzura uscată de alunecare sub diverși parametri (sarcină, frecvență și temperatură) și au arătat că uzura la temperatura camerei este principalul mecanism de uzură, în timp ce creșterea vitezei de alunecare și a temperaturii favorizează oxidarea.Stratul de oxid rezultat asigură funcționarea rulmentului, frecarea scade odată cu creșterea temperaturii, iar rata de uzură crește la temperaturi mai ridicate.În alte studii, adăugarea de particule TiC18, TiB219 și SiC20 la o matrice 316L tratată cu L-PBF a îmbunătățit rezistența la uzură prin formarea unui strat dens de frecare întărit prin lucru cu o creștere a fracției de volum a particulelor dure.Un strat protector de oxid a fost observat și în oțelul PH tratat cu L-PBF12 și oțelul duplex SS11, ceea ce indică faptul că limitarea austenitei reținute prin tratament post-încălzire12 poate îmbunătăți rezistența la uzură.După cum este rezumat aici, literatura se concentrează în principal pe performanța tribologică a seriei 316L SS, în timp ce există puține date despre performanța tribologică a unei serii de oțeluri inoxidabile martensitice fabricate aditiv, cu un conținut mult mai mare de carbon.
Topirea cu fascicul de electroni (EBM) este o tehnică similară cu L-PBF capabilă să formeze microstructuri cu carburi refractare, cum ar fi carburi de vanadiu și crom ridicate, datorită capacității sale de a atinge temperaturi și rate de scanare mai ridicate 21, 22. Literatura existentă privind prelucrarea EBM a inoxului oțelul se concentrează în principal pe determinarea parametrilor optimi de prelucrare ELM pentru a obține o microstructură fără fisuri și pori și îmbunătățirea proprietăților mecanice23, 24, 25, 26, în timp ce se lucrează la proprietățile tribologice ale oțelului inoxidabil tratat cu EBM.Până acum, mecanismul de uzură al oțelului inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu ELR a fost studiat în condiții limitate, iar deformarea plastică severă s-a raportat că are loc în condiții abrazive (test de șmirghel), uscate și de eroziune a noroiului27.
Acest studiu a investigat rezistența la uzură și proprietățile de frecare ale oțelului inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu ELR în condiții de alunecare uscată descrise mai jos.În primul rând, trăsăturile microstructurale au fost caracterizate utilizând microscopia electronică cu scanare (SEM), spectroscopie cu raze X cu dispersie de energie (EDX), difracția de raze X și analiza imaginii.Datele obținute cu aceste metode sunt apoi folosite ca bază pentru observațiile comportamentului tribologic prin teste de piston uscat sub diferite sarcini, iar în final morfologia suprafeței uzate este examinată cu ajutorul profilometrelor SEM-EDX și laser.Rata de uzură a fost cuantificată și comparată cu oțeluri de scule martensitice tratate în mod similar.Acest lucru a fost făcut pentru a crea o bază pentru compararea acestui sistem SS cu sistemele de uzură mai frecvent utilizate cu același tip de tratament.În cele din urmă, o hartă în secțiune transversală a traseului de uzură este prezentată folosind un algoritm de mapare a durității care dezvăluie deformația plastică care apare în timpul contactului.Trebuie remarcat faptul că testele tribologice pentru acest studiu au fost efectuate pentru a înțelege mai bine proprietățile tribologice ale acestui nou material, și nu pentru a simula o aplicație specifică.Acest studiu contribuie la o mai bună înțelegere a proprietăților tribologice ale unui nou oțel inoxidabil martensitic produs aditiv pentru aplicații de uzură care necesită funcționare în medii dure.
Eșantioane de oțel inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon (HCMSS) tratate cu ELR sub marca Vibenite® 350 au fost dezvoltate și furnizate de VBN Components AB, Suedia.Compoziția chimică nominală a probei: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (% în greutate).În primul rând, specimenele de alunecare uscate (40 mm × 20 mm × 5 mm) au fost realizate din specimenele dreptunghiulare obținute (42 mm × 22 mm × 7 mm) fără niciun tratament post-termic folosind prelucrarea cu descărcare electrică (EDM).Apoi probele au fost măcinate succesiv cu șmirghel SiC cu o dimensiune a granulelor de 240 până la 2400 R pentru a obține o rugozitate a suprafeței (Ra) de aproximativ 0,15 μm.În plus, eșantioane de oțel de scule martensitic cu conținut ridicat de carbon (HCMTS) tratat cu EBM, cu o compoziție chimică nominală de 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (greutate .%) (cunoscute comercial ca Vibenite® 150) De asemenea, preparat în același mod.HCMTS conține 8% carburi în volum și este utilizat doar pentru a compara datele privind rata de uzură HCMSS.
Caracterizarea microstructurală a HCMSS a fost efectuată utilizând un SEM (FEI Quanta 250, SUA) echipat cu un detector XMax80 cu raze X cu dispersie de energie (EDX) de la Oxford Instruments.Trei microfotografii aleatorii care conţin 3500 um2 au fost luate în modul de electroni retroîmprăştiaţi (BSE) şi apoi analizate utilizând analiza imaginii (ImageJ®)28 pentru a determina fracţia de suprafaţă (adică fracţiunea de volum), dimensiunea şi forma.Datorită morfologiei caracteristice observate, fracția de suprafață a fost luată egală cu fracția de volum.În plus, factorul de formă al carburilor este calculat folosind ecuația factorului de formă (Shfa):
Aici Ai este aria carburii (µm2) și Pi este perimetrul carburii (µm)29.Pentru a identifica fazele, difracția cu raze X pe pulbere (XRD) a fost efectuată folosind un difractometru cu raze X (Bruker D8 Discover cu un detector de bandă LynxEye 1D) cu radiație Co-Kα (λ = 1,79026 Å).Scanați proba în intervalul 2θ de la 35° la 130° cu o dimensiune a pasului de 0,02° și un timp de pas de 2 secunde.Datele XRD au fost analizate folosind software-ul Diffract.EVA, care a actualizat baza de date cristalografică în 2021. În plus, a fost folosit un tester de duritate Vickers (Struers Durascan 80, Austria) pentru a determina microduritatea.Conform standardului ASTM E384-17 30, s-au făcut 30 de imprimări pe probe preparate metalografic în trepte de 0,35 mm timp de 10 s la 5 kgf.Autorii au caracterizat anterior caracteristicile microstructurale ale HCMTS31.
Un tribometru cu plăci cu bile (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, SUA) a fost utilizat pentru a efectua teste de uzură alternativă uscată, a căror configurație este detaliată în altă parte31.Parametrii de testare sunt următorii: conform standardului 32 ASTM G133-05, sarcină 3 N, frecvență 1 Hz, cursă 3 mm, durată 1 oră.Ca contragreutăți au fost utilizate bile de oxid de aluminiu (Al2O3, clasa de precizie 28/ISO 3290) cu un diametru de 10 mm cu o macroduritate de aproximativ 1500 HV și o rugozitate a suprafeței (Ra) de aproximativ 0,05 µm, furnizate de Redhill Precision, Republica Cehă. .Echilibrarea a fost aleasă pentru a preveni efectele oxidării care pot apărea din cauza echilibrării și pentru a înțelege mai bine mecanismele de uzură ale specimenelor în condiții severe de uzură.Trebuie remarcat faptul că parametrii de testare sunt aceiași ca în Ref.8 pentru a compara datele privind rata de uzură cu studiile existente.În plus, s-au efectuat o serie de încercări alternative cu o sarcină de 10 N pentru a verifica performanța tribologică la sarcini mai mari, în timp ce alți parametri de testare au rămas constant.Presiunile inițiale de contact conform Hertz sunt 7,7 MPa și 11,5 MPa la 3 N și, respectiv, 10 N.În timpul testului de uzură s-a înregistrat forța de frecare la o frecvență de 45 Hz și s-a calculat coeficientul mediu de frecare (CoF).Pentru fiecare sarcină s-au efectuat trei măsurători în condiții ambientale.
Traiectoria de uzură a fost examinată folosind SEM descris mai sus, iar analiza EMF a fost efectuată folosind software-ul de analiză a suprafeței de uzură Aztec Acquisition.Suprafața uzată a cubului pereche a fost examinată folosind un microscop optic (Keyence VHX-5000, Japonia).Un profiler laser fără contact (NanoFocus µScan, Germania) a scanat marcajul de uzură cu o rezoluție verticală de ±0,1 µm de-a lungul axei z și 5 µm de-a lungul axelor x și y.Harta profilului suprafeței cicatricii de uzură a fost creată în Matlab® folosind coordonatele x, y, z obținute din măsurătorile profilului.Mai multe profiluri verticale ale traseului de uzură extrase din harta profilului de suprafață sunt utilizate pentru a calcula pierderea de volum de uzură pe traseul de uzură.Pierderea de volum a fost calculată ca produsul dintre suprafața medie a secțiunii transversale a profilului de sârmă și lungimea pistei de uzură, iar detalii suplimentare ale acestei metode au fost descrise anterior de autori33.De aici, rata de uzură specifică (k) se obține din următoarea formulă:
Aici V este pierderea de volum datorată uzurii (mm3), W este sarcina aplicată (N), L este distanța de alunecare (mm) și k este rata de uzură specifică (mm3/Nm)34.Datele de frecare și hărțile profilului de suprafață pentru HCMTS sunt incluse în materialul suplimentar (Figura suplimentară S1 și Figura S2) pentru a compara ratele de uzură HCMSS.
În acest studiu, o hartă a durității în secțiune transversală a traseului de uzură a fost utilizată pentru a demonstra comportamentul de deformare plastică (adică întărirea prin muncă datorită presiunii de contact) a zonei de uzură.Probele lustruite au fost tăiate cu o roată de tăiere cu oxid de aluminiu pe o mașină de tăiat (Struers Accutom-5, Austria) și lustruite cu șmirghel SiC de la 240 la 4000 P de-a lungul grosimii probelor.Măsurarea microdurității la 0,5 kgf 10 s și 0,1 mm distanță în conformitate cu ASTM E348-17.Imprimările au fost plasate pe o rețea dreptunghiulară de 1,26 × 0,3 mm2 la aproximativ 60 µm sub suprafață (Figura 1) și apoi a fost redată o hartă a durității folosind codul Matlab® personalizat descris în altă parte35.În plus, microstructura secțiunii transversale a zonei de uzură a fost examinată folosind SEM.
Schema semnului de uzură care arată locația secțiunii transversale (a) și o micrografie optică a hărții de duritate care arată marcajul identificat în secțiunea transversală (b).
Microstructura HCMSS tratată cu ELP constă dintr-o rețea omogenă de carbură înconjurată de o matrice (Fig. 2a, b).Analiza EDX a arătat că carburile gri și închise au fost carburi bogate în crom și, respectiv, vanadiu (Tabelul 1).Calculată din analiza imaginii, fracția de volum a carburilor este estimată la ~22,5% (~18,2% carburi de crom și ~4,3% carburi de vanadiu).Dimensiunile medii ale granulelor cu abateri standard sunt 0,64 ± 0,2 µm și 1,84 ± 0,4 µm pentru carburile bogate în V și, respectiv, Cr (Fig. 2c, d).Carburele cu V mare tind să fie mai rotunde, cu un factor de formă (±SD) de aproximativ 0,88±0,03, deoarece valorile factorului de formă apropiate de 1 corespund carburilor rotunde.În schimb, carburile cu conținut ridicat de crom nu sunt perfect rotunde, cu un factor de formă de aproximativ 0,56 ± 0,01, care se poate datora aglomerării.Picurile de difracție martensită (α, bcc) și austenită reținută (γ', fcc) au fost detectate pe modelul de raze X HCMSS, așa cum se arată în Fig. 2e.În plus, modelul cu raze X arată prezența carburilor secundare.Carburele cu conținut ridicat de crom au fost identificate ca fiind carburi de tip M3C2 și M23C6.Conform datelor din literatură, 36,37,38 vârfurile de difracție ale carburilor VC au fost înregistrate la ≈43° și 63°, ceea ce sugerează că vârfurile VC au fost mascate de vârfurile M23C6 ale carburilor bogate în crom (Fig. 2e).
Microstructură din oțel inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu EBL (a) la mărire scăzută și (b) la mărire mare, prezentând carburi bogate în crom și vanadiu și o matrice din oțel inoxidabil (modul de retrodifuzare a electronilor).Grafice cu bare care arată distribuția granulometrică a carburilor bogate în crom (c) și bogate în vanadiu (d).Modelul cu raze X arată prezența martensitei, a austenitei reținute și a carburilor în microstructură (d).
Microduritatea medie este de 625,7 + 7,5 HV5, arătând o duritate relativ mare în comparație cu oțelul inoxidabil martensitic prelucrat în mod convențional (450 HV)1 fără tratament termic.Duritatea de nanoindentare a carburilor cu V mare și a carburilor cu Cr ridicat este raportată a fi între 12 și 32,5 GPa39 și, respectiv, 13–22 GPa40.Astfel, duritatea ridicată a HCMSS tratată cu ELP se datorează conținutului ridicat de carbon, care favorizează formarea unei rețele de carbură.Astfel, HSMSS tratat cu ELP prezintă caracteristici microstructurale bune și duritate fără niciun tratament post-termic suplimentar.
Curbele coeficientului mediu de frecare (CoF) pentru probe la 3 N și 10 N sunt prezentate în Figura 3, intervalul valorilor minime și maxime de frecare este marcat cu umbrire translucidă.Fiecare curbă arată o fază de rulare și o fază de stare staționară.Faza de rodare se termină la 1,2 m cu un CoF (±SD) de 0,41 ± 0,24,3 N și la 3,7 m cu un CoF de 0,71 ± 0,16,10 N, înainte de a intra în starea staționară a fazei când frecarea se oprește.nu se schimba repede.Datorită suprafeței mici de contact și a deformării plastice inițiale brute, forța de frecare a crescut rapid în timpul etapei de rodare la 3 N și 10 N, unde a avut loc o forță de frecare mai mare și o distanță mai mare de alunecare la 10 N, ceea ce poate fi datorat. la faptul că, în comparație cu 3 N, deteriorarea suprafeței este mai mare.Pentru 3 N și 10 N, valorile CoF în faza staționară sunt 0,78 ± 0,05 și, respectiv, 0,67 ± 0,01.CoF este practic stabil la 10 N și crește treptat la 3 N. În literatura limitată, CoF al oțelului inoxidabil tratat cu L-PBF în comparație cu corpurile de reacție ceramice la sarcini reduse aplicate variază de la 0,5 la 0,728, 20, 42, ceea ce este în concordanță bună cu valorile CoF măsurate în acest studiu.Scăderea CoF odată cu creșterea sarcinii în regim de echilibru (aproximativ 14,1%) poate fi atribuită degradării suprafeței care are loc la interfața dintre suprafața uzată și omologul, care va fi discutată în continuare în secțiunea următoare prin analiza suprafeței mostre uzate.
Coeficienții de frecare ai specimenelor VSMSS tratate cu ELP pe trasee de alunecare la 3 N și 10 N, este marcată o fază staționară pentru fiecare curbă.
Ratele de uzură specifice ale HKMS (625,7 HV) sunt estimate la 6,56 ± 0,33 × 10–6 mm3/Nm și 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm la 3 N și, respectiv, 10 N (Fig. 4).Astfel, rata de uzură crește odată cu creșterea sarcinii, ceea ce este în acord cu studiile existente asupra austenitei tratate cu L-PBF și PH SS17,43.În aceleași condiții tribologice, rata de uzură la 3 N este de aproximativ o cincime față de oțelul inoxidabil austenitic tratat cu L-PBF (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), ca în cazul precedent .8. În plus, rata de uzură a HCMSS la 3 N a fost semnificativ mai mică decât oțelurile inoxidabile austenitice prelucrate în mod convențional și, în special, mai mare decât cele presate înalt izotrope (k = 4,20 ± 0,3 × 10–5 mm3)./Nm, 176 HV) și turnat (k = 4,70 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) oțel inoxidabil austenitic prelucrat, respectiv 8.În comparație cu aceste studii din literatură, rezistența îmbunătățită la uzură a HCMSS este atribuită conținutului ridicat de carbon și rețelei de carbură formată, rezultând o duritate mai mare decât oțelurile inoxidabile austenitice prelucrate aditiv prelucrate convențional.Pentru a studia în continuare rata de uzură a epruvetelor HCMSS, o eșantion de oțel martensitic pentru scule (HCMTS) prelucrată în mod similar (cu o duritate de 790 HV) a fost testată în condiții similare (3 N și 10 N) pentru comparație;Materialul suplimentar este Harta profilului de suprafață HCMTS (Figura suplimentară S2).Rata de uzură a HCMSS (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 mm3/Nm) este aproape aceeași cu cea a HCMTS la 3 N (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 mm3/Nm), ceea ce indică o rezistență excelentă la uzură .Aceste caracteristici sunt atribuite în principal caracteristicilor microstructurale ale HCMSS (adică conținut ridicat de carbură, dimensiune, formă și distribuție a particulelor de carbură în matrice, așa cum este descris în Secțiunea 3.1).După cum sa raportat anterior31,44, conținutul de carbură afectează lățimea și adâncimea cicatricii de uzură și mecanismul de uzură micro-abrazivă.Cu toate acestea, conținutul de carbură este insuficient pentru a proteja matrița la 10 N, rezultând o uzură crescută.În secțiunea următoare, morfologia și topografia suprafeței de uzură sunt utilizate pentru a explica mecanismele de uzură și deformare care stau la baza care afectează rata de uzură a HCMSS.La 10 N, rata de uzură a VCMSS (k = 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm) este mai mare decât cea a VKMTS (k = 5,45 ± 0,69 × 10–6 mm3/Nm).Dimpotrivă, aceste rate de uzură sunt încă destul de ridicate: în condiții de testare similare, rata de uzură a acoperirilor pe bază de crom și stellit este mai mică decât cea a HCMSS45,46.În cele din urmă, datorită durității ridicate a aluminei (1500 HV), rata de uzură a împerecherii a fost neglijabilă și au fost găsite semne de transfer de material de la eșantion la bile de aluminiu.
Uzură specifică la prelucrarea ELR a oțelului inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon (HMCSS), prelucrarea ELR a oțelului pentru scule martensitic cu conținut ridicat de carbon (HCMTS) și L-PBF, turnarea și prelucrarea prin presare izotropă (HIP) a oțelului inoxidabil austenitic (316LSS) la diverse aplicații vitezele sunt încărcate.Graficul de dispersie arată abaterea standard a măsurătorilor.Datele pentru oțelurile inoxidabile austenitice sunt preluate de la 8.
În timp ce suprafețele dure, cum ar fi cromul și stellitul pot oferi o rezistență mai bună la uzură decât sistemele de aliaj prelucrate aditiv, prelucrarea aditivă poate (1) îmbunătăți microstructura, în special pentru materiale cu o mare varietate de densități.operațiuni pe partea finală;și (3) crearea de noi topologii de suprafață, cum ar fi rulmenți dinamici fluidi integrati.În plus, AM oferă flexibilitate de design geometric.Acest studiu este deosebit de nou și important, deoarece este esențial să elucidam caracteristicile de uzură ale acestor aliaje metalice nou dezvoltate cu EBM, pentru care literatura actuală este foarte limitată.
Morfologia suprafeței uzate și morfologia probelor uzate la 3 N sunt prezentate în fig.5, unde mecanismul principal de uzură este abraziunea urmată de oxidare.Mai întâi, substratul de oțel este deformat plastic și apoi îndepărtat pentru a forma caneluri adânci de 1 până la 3 µm, așa cum se arată în profilul suprafeței (Fig. 5a).Datorită căldurii de frecare generată de alunecarea continuă, materialul îndepărtat rămâne la interfața sistemului tribologic, formând un strat tribologic format din mici insule de oxid de fier bogat înconjurând carburi mari de crom și vanadiu (Figura 5b și Tabelul 2).), așa cum a fost raportat și pentru oțelul inoxidabil austenitic tratat cu L-PBF15,17.Pe fig.5c arată oxidarea intensă care are loc în centrul cicatricii de uzură.Astfel, formarea stratului de frecare este facilitată de distrugerea stratului de frecare (adică, stratul de oxid) (Fig. 5f) sau îndepărtarea materialului are loc în zonele slabe din microstructură, accelerând astfel îndepărtarea materialului.În ambele cazuri, distrugerea stratului de frecare duce la formarea de produse de uzură la interfață, ceea ce poate fi motivul pentru tendința de creștere a CoF în starea de echilibru 3N (Fig. 3).În plus, există semne de uzură în trei părți cauzate de oxizi și particule de uzură libere pe pista de uzură, ceea ce duce în cele din urmă la formarea de micro-zgârieturi pe substrat (Fig. 5b, e)9,12,47.
Profilul suprafeței (a) și microfotografiile (b–f) ale morfologiei suprafeței de uzură a oțelului inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu ELP la 3 N, secțiunea transversală a semnului de uzură în modul BSE (d) și microscopia optică a uzurii suprafață la 3 N (g) sfere de alumină.
Benzile de alunecare formate pe substratul de oțel, indicând deformarea plastică din cauza uzurii (Fig. 5e).Rezultate similare au fost obținute și într-un studiu al comportamentului la uzură al oțelului austenitic SS47 tratat cu L-PBF.Reorientarea carburilor bogate în vanadiu indică, de asemenea, deformarea plastică a matricei de oțel în timpul alunecării (Fig. 5e).Micrografiile secțiunii transversale a semnului de uzură arată prezența unor mici gropi rotunde înconjurate de microfisuri (Fig. 5d), care se pot datora deformării plastice excesive în apropierea suprafeței.Transferul de material către sferele de oxid de aluminiu a fost limitat, în timp ce sferele au rămas intacte (Fig. 5g).
Lățimea și adâncimea de uzură a probelor au crescut odată cu creșterea sarcinii (la 10 N), așa cum se arată în harta topografiei suprafeței (Fig. 6a).Abraziunea și oxidarea sunt încă mecanismele dominante de uzură, iar o creștere a numărului de micro-zgârieturi pe pista de uzură indică faptul că uzura în trei părți apare și la 10 N (Fig. 6b).Analiza EDX a arătat formarea de insule de oxizi bogate în fier.Picurile de Al din spectre au confirmat că transferul substanței de la contraparte la probă a avut loc la 10 N (Fig. 6c și Tabelul 3), în timp ce nu a fost observat la 3 N (Tabelul 2).Uzura cu trei corpuri este cauzată de particulele de uzură din insulele de oxid și analogii, unde analiza EDX detaliată a evidențiat transferul de material de la analogi (Figura suplimentară S3 și Tabelul S1).Dezvoltarea insulelor de oxizi este asociată cu gropi adânci, care se observă și în 3N (Fig. 5).Fisurarea și fragmentarea carburilor apar în principal în carburi bogate în 10 N Cr (Fig. 6e, f).În plus, carburile cu V înaltă se fulg și uzează matricea înconjurătoare, ceea ce, la rândul său, provoacă uzura din trei părți.O groapă similară ca mărime și formă cu cea a carburei cu V înalt (evidențiată în cerc roșu) a apărut și în secțiunea transversală a căii (Fig. 6d) (vezi analiza dimensiunii și formei carburii. 3.1), indicând faptul că V înalt. carbura V se poate desprinde din matrice la 10 N. Forma rotundă a carburilor cu V mare contribuie la efectul de tragere, în timp ce carburile cu Cr ridicat aglomerate sunt predispuse la fisurare (Fig. 6e, f).Acest comportament de eșec indică faptul că matricea și-a depășit capacitatea de a rezista la deformarea plastică și că microstructura nu oferă suficientă rezistență la impact la 10 N. Fisura verticală sub suprafață (Fig. 6d) indică intensitatea deformării plastice care apare în timpul alunecării.Pe măsură ce sarcina crește, are loc un transfer de material de la pista uzată la bila de alumină (Fig. 6g), care poate fi staționară la 10 N. Principalul motiv pentru scăderea valorilor CoF (Fig. 3).
Profilul suprafeței (a) și microfotografiile (b–f) ale topografiei suprafeței uzate (b–f) din oțel inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu EBA la 10 N, secțiunea transversală a căii de uzură în modul BSE (d) și suprafața microscopului optic de sferă de alumină la 10 N (g).
În timpul uzurii prin alunecare, suprafața este supusă la tensiuni de compresiune și forfecare induse de anticorpi, ducând la o deformare plastică semnificativă sub suprafața uzată34,48,49.Prin urmare, întărirea prin muncă poate apărea sub suprafață din cauza deformării plastice, afectând mecanismele de uzură și deformare care determină comportamentul la uzură al unui material.Prin urmare, maparea durității în secțiune transversală (așa cum este detaliată în Secțiunea 2.4) a fost efectuată în acest studiu pentru a determina dezvoltarea unei zone de deformare plastică (PDZ) sub traseul de uzură în funcție de sarcină.Deoarece, așa cum sa menționat în secțiunile anterioare, sub urmele de uzură au fost observate semne clare de deformare plastică (Fig. 5d, 6d), în special la 10 N.
Pe fig.Figura 7 prezintă diagramele de duritate în secțiune transversală ale semnelor de uzură ale HCMSS tratate cu ELP la 3 N și 10 N. Este de remarcat faptul că aceste valori de duritate au fost folosite ca indice pentru a evalua efectul călirii prin lucru.Modificarea durității sub marcajul de uzură este de la 667 la 672 HV la 3 N (Fig. 7a), indicând că întărirea prin muncă este neglijabilă.Probabil, din cauza rezoluției scăzute a hărții de microduritate (adică distanța dintre semne), metoda de măsurare a durității aplicată nu a putut detecta modificări ale durității.Dimpotrivă, zonele PDZ cu valori de duritate de la 677 la 686 HV cu o adâncime maximă de 118 µm și o lungime de 488 µm au fost observate la 10 N (Fig. 7b), care se corelează cu lățimea căii de uzură ( Fig. 6a)).Date similare privind variația dimensiunii PDZ cu sarcina au fost găsite într-un studiu de uzură pe SS47 tratat cu L-PBF.Rezultatele arată că prezența austenitei reținute afectează ductilitatea oțelurilor fabricate aditiv 3, 12, 50, iar austenita reținută se transformă în martensită în timpul deformării plastice (efectul plastic al transformării de fază), ceea ce sporește întărirea prin muncă a oțelului.oțel 51. Deoarece proba VCMSS conținea austenită reținută în conformitate cu modelul de difracție cu raze X discutat mai devreme (Fig. 2e), s-a sugerat că austenita reținută în microstructură s-ar putea transforma în martensită în timpul contactului, crescând astfel duritatea PDZ ( Fig. 7b).În plus, formarea alunecării care are loc pe pista de uzură (Fig. 5e, 6f) indică de asemenea o deformare plastică cauzată de alunecarea de dislocare sub acțiunea tensiunii de forfecare la contactul de alunecare.Cu toate acestea, efortul de forfecare indus la 3 N a fost insuficient pentru a produce o densitate mare de dislocare sau transformarea austenitei reținute în martensită observată prin metoda utilizată, astfel încât călirea prin muncă a fost observată doar la 10 N (Fig. 7b).
Diagrame de duritate în secțiune transversală ale pistelor de uzură din oțel inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon supus prelucrării cu descărcare electrică la 3 N (a) și 10 N (b).
Acest studiu arată comportamentul la uzură și caracteristicile microstructurale ale unui nou oțel inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu ELR.Testele de uzură uscată au fost efectuate la alunecare sub diferite sarcini, iar probele uzate au fost examinate folosind microscopie electronică, profilometru laser și hărți de duritate ale secțiunilor transversale ale pistelor de uzură.
Analiza microstructurală a relevat o distribuție uniformă a carburilor cu un conținut ridicat de crom (~18,2% carburi) și vanadiu (~4,3% carburi) într-o matrice de martensită și austenită reținută cu microduritate relativ mare.Mecanismele dominante de uzură sunt uzura și oxidarea la sarcini mici, în timp ce uzura cu trei corpuri cauzată de carburi întinse cu V mare și oxizi de cereale libere contribuie, de asemenea, la uzura la sarcini în creștere.Rata de uzură este mai bună decât L-PBF și oțelurile inoxidabile austenitice prelucrate convențional și chiar similară cu cea a oțelurilor pentru scule prelucrate EBM la sarcini mici.Valoarea CoF scade odată cu creșterea sarcinii datorită transferului de material către corpul opus.Folosind metoda de cartografiere a durității în secțiune transversală, zona de deformare plastică este afișată sub marcajul de uzură.Posibilele rafinare a granulelor și tranzițiile de fază în matrice pot fi investigate în continuare folosind difracția cu retrodifuziune a electronilor pentru a înțelege mai bine efectele întăririi prin muncă.Rezoluția scăzută a hărții de microduritate nu permite vizualizarea durității zonei de uzură la sarcini reduse aplicate, astfel încât nanodentația poate oferi modificări de duritate cu rezoluție mai mare folosind aceeași metodă.
Acest studiu prezintă pentru prima dată o analiză cuprinzătoare a rezistenței la uzură și a proprietăților de frecare ale unui nou oțel inoxidabil martensitic cu conținut ridicat de carbon tratat cu ELR.Având în vedere libertatea de proiectare geometrică a AM și posibilitatea de a reduce etapele de prelucrare cu AM, această cercetare ar putea deschide calea pentru producerea acestui nou material și utilizarea lui în dispozitive legate de uzură, de la arbori la matrițe de injecție din plastic cu canal de răcire complicat.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, voi.255 (Societatea Americană de Aeronautică și Astronautică, 2018).
Bajaj, P. et al.Oțelul în fabricarea aditivă: o revizuire a microstructurii și proprietăților sale.Alma Mater.știința.proiect.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. și Passeggio, F. Deteriorarea suprafeței de uzură a componentelor aerospațiale din oțel inoxidabil EN 3358 în timpul alunecării.Fraternitate.Ed.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. şi colab.Fabricarea aditivă a componentelor metalice - proces, structură și performanță.programare.Alma Mater.știința.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. și Emmelmann S. Producția de aditivi metalici.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM International.Terminologie standard pentru tehnologia de fabricație aditivă.Producție rapidă.profesor asistent.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.Proprietățile mecanice și tribologice ale oțelului inoxidabil 316L – comparație între topirea selectivă cu laser, presarea la cald și turnarea convențională.Adaugă la.producător.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T. și Pham, MS Contribuția microstructurii la mecanismele de uzură și anizotropie de alunecare uscată din oțel inoxidabil 316L fabricate aditiv.Alma Mater.dec.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. și Tatlock GJ Răspunsul mecanic și mecanismele de deformare a structurilor de oțel întărite cu dispersie de oxid de fier obținute prin topire selectivă cu laser.revistă.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI și Akhtar, F. Rezistență mecanică de ordin superior după tratarea termică a SLM 2507 la temperaturi camere și ridicate, ajutată de precipitarea sigma dură/ductilă.Metal (Basel).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E. și Li, S. Microstructura, reacția post-încălzire și proprietățile tribologice ale oțelului inoxidabil 17-4 PH imprimat 3D.Purtând 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y. și Zhang, L. Comportamentul de densificare, evoluția microstructurii și proprietățile mecanice ale compozitelor din oțel inoxidabil TiC/AISI420 fabricate prin topire selectivă cu laser.Alma Mater.dec.187, 1–13 (2020).
Zhao X. și colab.Fabricarea și caracterizarea oțelului inoxidabil AISI 420 utilizând topirea selectivă cu laser.Alma Mater.producător.proces.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. și Alrbey K. Caracteristicile de uzură prin alunecare și comportamentul la coroziune a topirii selective cu laser a oțelului inoxidabil 316L.J. Alma mater.proiect.a executa.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. şi colab.Frecarea și uzura oțelului inoxidabil cu strat de pulbere sub lubrifiere cu ulei [J].Tribiol.intern 104, 183–190 (2016).