Дзякуй за наведванне Nature.com.Вы выкарыстоўваеце версію браўзера з абмежаванай падтрымкай CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Акрамя таго, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы паказваем сайт без стыляў і JavaScript.
Паўзункі, якія паказваюць тры артыкулы на слайдзе.Для перамяшчэння па слайдах выкарыстоўвайце кнопкі "Назад" і "Далей" або кнопкі кантролера слайдаў у канцы для перамяшчэння па кожным слайдзе.

Пласціну сярэдняй таўшчыні з нержавеючай сталі ASTM A240 304 316 можна разрэзаць і наладзіць па кітайскай заводскай цане

Марка матэрыялу: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Тып: ферытны, аўстэнітны, мартэнсітны, дуплексны
Тэхналогія: халоднакатаная і гарачакачаная
Сертыфікаты: ISO9001, CE, SGS кожны год
Паслуга: тэставанне трэцім бокам
Дастаўка: на працягу 10-15 дзён або ў залежнасці ад колькасці

Нержавеючая сталь - гэта сплаў жалеза з мінімальным утрыманнем хрому 10,5 працэнта.Утрыманне хрому стварае тонкую плёнку аксіду хрому на паверхні сталі, званую пасівацыйным пластом.Гэты пласт прадухіляе ўзнікненне карозіі на паверхні сталі;чым большая колькасць хрому ў сталі, тым большая ўстойлівасць да карозіі.

Сталь таксама змяшчае розную колькасць іншых элементаў, такіх як вуглярод, крэмній і марганец.Іншыя элементы могуць быць дададзеныя для павышэння каразійнай стойкасці (нікель) і фармавальнасці (малібдэн).

Паводзіны высокавугляродзістай мартэнсітнай нержавеючай сталі (HCMSS), якая складаецца з прыблізна 22,5 аб.% карбідаў з высокім утрыманнем хрому (Cr) і ванадыя (V), фіксавалі электронна-прамянёвым плаўленнем (ЭПМ).Мікраструктура складаецца з фазы мартэнсіту і рэшткавага аўстэніту, раўнамерна размеркаваныя субмікронныя V і мікронныя карбіды Cr, а цвёрдасць адносна высокая.CoF памяншаецца прыблізна на 14,1% з павелічэннем нагрузкі ў стацыянарным стане з-за пераносу матэрыялу са зношанай дарожкі на супрацьлеглае цела.У параўнанні з мартенсітнымі інструментальнымі сталямі, апрацаванымі такім жа чынам, хуткасць зносу HCMSS практычна аднолькавая пры нізкіх нагрузках.Дамінуючым механізмам зносу з'яўляецца выдаленне сталёвай матрыцы шляхам ізаляцыі з наступным акісленнем дарожкі зносу, у той час як трохкампанентны абразіўны знос адбываецца з павелічэннем нагрузкі.Ўчасткі пластычнай дэфармацыі пад шнарам зносу, выяўленыя з дапамогай карты цвёрдасці папярочнага перасеку.Спецыфічныя з'явы, якія ўзнікаюць па меры павелічэння ўмоў зносу, апісваюцца як цвёрдасплаўныя расколіны, адрыў з высокім утрыманнем карбіду ванадыя і расколіны штампа.Гэта даследаванне пралівае святло на характарыстыкі зносу пры вытворчасці дабавак HCMSS, што можа пракласці шлях да вытворчасці кампанентаў EBM для прымянення зносу, пачынаючы ад валаў і заканчваючы пластыкавымі формамі для ліцця пад ціскам.
Нержавеючая сталь (SS) - гэта ўніверсальнае сямейства сталей, якія шырока выкарыстоўваюцца ў аэракасмічнай, аўтамабільнай, харчовай і многіх іншых сферах прымянення дзякуючы сваёй высокай каразійнай устойлівасці і прыдатным механічным уласцівасцям1,2,3.Іх высокая каразійная стойкасць абумоўлена высокім утрыманнем хрому (больш за 11,5 мас. %) у УВ, які спрыяе адукацыі на паверхні аксіднай плёнкі з высокім утрыманнем хрому1.Аднак большасць гатункаў нержавеючай сталі маюць нізкае ўтрыманне вугляроду і, такім чынам, маюць абмежаваную цвёрдасць і зносаўстойлівасць, што прыводзіць да скарачэння тэрміну службы звязаных з зносам прылад, такіх як аэракасмічныя кампаненты пасадкі4.Звычайна яны маюць нізкую цвёрдасць (у дыяпазоне ад 180 да 450 HV), толькі некаторыя тэрмічнаму апрацаваныя мартенситные нержавеючыя сталі маюць высокую цвёрдасць (да 700 HV) і высокае ўтрыманне вугляроду (да 1,2 мас.%), што можа спрыяць адукацыя мартенсита.1. Карацей кажучы, высокае ўтрыманне вугляроду зніжае тэмпературу мартенситного пераўтварэння, што дазваляе ўтварыць цалкам мартенситную мікраструктуру і набыць зносаўстойлівую мікраструктуру пры высокіх хуткасцях астуджэння.Цвёрдыя фазы (напрыклад, карбіды) могуць быць дададзены ў сталёвую матрыцу для далейшага павышэння зносаўстойлівасці штампа.
Укараненне адытыўнай вытворчасці (AM) можа вырабляць новыя матэрыялы з патрэбным складам, асаблівасцямі мікраструктуры і выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі5,6.Напрыклад, плаўленне пласта парашка (PBF), адзін з найбольш камерцыялізаваных працэсаў адытыўнай зваркі, уключае нанясенне папярэдне легаваных парашкоў для фарміравання дэталяў блізкай формы шляхам плаўлення парашкоў з дапамогай крыніц цяпла, такіх як лазеры або электронныя прамяні7.Некалькі даследаванняў паказалі, што дэталі з нержавеючай сталі, апрацаваныя з дадаткамі, могуць пераўзыходзіць традыцыйныя дэталі.Напрыклад, было паказана, што аўстэнітная нержавеючая сталь, падвергнутая адытыўнай апрацоўцы, валодае выдатнымі механічнымі ўласцівасцямі дзякуючы сваёй больш тонкай мікраструктуры (напрыклад, суадносіны Хола-Петча)3,8,9.Тэрмічная апрацоўка ферытнай нержавеючай сталі, апрацаванай AM, стварае дадатковыя ападкі, якія забяспечваюць механічныя ўласцівасці, падобныя на іх звычайныя аналагі3,10.Прынятая двухфазная нержавеючая сталь з высокай трываласцю і цвёрдасцю, апрацаваная з дапамогай адытыўнай апрацоўкі, дзе палепшаныя механічныя ўласцівасці абумоўлены багатымі хромам інтэрметаліднымі фазамі ў мікраструктуры11.Акрамя таго, палепшаныя механічныя ўласцівасці мартэнсітнай і PH-нержавеючай сталі з адытыўнай загартоўкай могуць быць атрыманы шляхам кантролю захаванага аўстэніту ў мікраструктуры і аптымізацыі параметраў апрацоўкі і тэрмічнай апрацоўкі 3,12,13,14.
На сённяшні дзень трыбалагічным уласцівасцям аўстэнітных нержавеючых сталей AM надаецца больш увагі, чым іншым нержавеючым сталям.Трыбалагічныя паводзіны лазернага плаўлення ў пласце парашка (L-PBF), апрацаванага 316L, вывучаліся ў залежнасці ад параметраў апрацоўкі АМ.Было паказана, што мінімізацыя сітаватасці за кошт памяншэння хуткасці сканіравання або павелічэння магутнасці лазера можа палепшыць зносаўстойлівасць15,16.Li et al.17 пратэставалі сухі знос слізгацення пры розных параметрах (нагрузка, частата і тэмпература) і паказалі, што знос пры пакаёвай тэмпературы з'яўляецца асноўным механізмам зносу, у той час як павелічэнне хуткасці слізгацення і тэмпературы спрыяе акісленню.Які ўтвараецца аксідны пласт забяспечвае працу падшыпніка, з павышэннем тэмпературы трэнне памяншаецца, а пры больш высокіх тэмпературах хуткасць зносу расце.У іншых даследаваннях даданне часціц TiC18, TiB219 і SiC20 да матрыцы 316L, апрацаванай L-PBF, палепшыла зносаўстойлівасць за кошт фарміравання шчыльнага фрыкцыйнага пласта з умацаваннем з павелічэннем аб'ёмнай долі цвёрдых часціц.Ахоўны аксідны пласт таксама назіраўся ў сталі PH, апрацаванай L-PBF12, і дуплекснай сталі SS11, што паказвае на тое, што абмежаванне захаванага аўстэніту пасля тэрмічнай апрацоўкі12 можа палепшыць зносаўстойлівасць.Як тут рэзюмавана, літаратура ў асноўным сканцэнтравана на трыбалагічных характарыстыках серыі 316L SS, у той час як існуе мала дадзеных аб трыбалагічных характарыстыках серыі нержавеючай сталі, вырабленай з мартенсітнай дабаўкай, са значна больш высокім утрыманнем вугляроду.
Электронна-прамянёвая плаўка (EBM) - гэта метад, падобны на L-PBF, здольны ўтвараць мікраструктуры з тугаплаўкімі карбідамі, такімі як карбіды ванадыя і хрому з высокім утрыманнем карбідаў, дзякуючы здольнасці дасягаць больш высокіх тэмператур і хуткасцей сканіравання 21, 22. Існуючая літаратура па апрацоўцы EBM нержавеючай сталі сталь у асноўным засяроджана на вызначэнні аптымальных параметраў апрацоўкі ELM для атрымання мікраструктуры без расколін і пор і паляпшэння механічных уласцівасцей23, 24, 25, 26, падчас працы над трыбалагічнымі ўласцівасцямі нержавеючай сталі, апрацаванай EBM.Дагэтуль механізм зносу высокавугляродзістай мартэнсітнай нержавеючай сталі, апрацаванай ELR, вывучаўся ў абмежаваных умовах, і паведамлялася, што сур'ёзная пластычная дэфармацыя адбываецца ў абразіўных умовах (выпрабаванне наждачнай паперай), у сухіх умовах і ва ўмовах глеевай эрозіі27.
Гэта даследаванне даследавала зносаўстойлівасць і фрыкцыйныя ўласцівасці высокавугляродзістай мартенситной нержавеючай сталі, апрацаванай ELR ва ўмовах сухога слізгацення, апісаных ніжэй.Па-першае, асаблівасці мікраструктуры былі ахарактарызаваны з дапамогай растравай электроннай мікраскапіі (SEM), энергадысперсійнай рэнтгенаўскай спектраскапіі (EDX), рэнтгенаўскай дыфракцыі і аналізу малюнкаў.Дадзеныя, атрыманыя з дапамогай гэтых метадаў, затым выкарыстоўваюцца ў якасці асновы для назіранняў за трыбалагічнымі паводзінамі праз сухія зваротна-паступальныя выпрабаванні пры розных нагрузках, і, нарэшце, марфалогія зношанай паверхні даследуецца з дапамогай SEM-EDX і лазерных профілометраў.Хуткасць зносу вызначалася колькасна і параўноўвалася з аналагічным метадам апрацоўкі мартенситных інструментальных сталей.Гэта было зроблена для таго, каб стварыць аснову для параўнання гэтай сістэмы SS з больш часта выкарыстоўваюцца сістэмамі зносу з такім жа тыпам апрацоўкі.Нарэшце, карта папярочнага разрэзу шляху зносу паказваецца з выкарыстаннем алгарытму адлюстравання цвёрдасці, які паказвае пластычную дэфармацыю, якая адбываецца падчас кантакту.Варта адзначыць, што трыбалагічныя выпрабаванні для гэтага даследавання былі праведзены, каб лепш зразумець трыбалагічныя ўласцівасці гэтага новага матэрыялу, а не для мадэлявання канкрэтнага прымянення.Гэта даследаванне спрыяе лепшаму разуменню трыбалагічных уласцівасцей новай мартэнсітнай нержавеючай сталі, вырабленай з дадаткамі, для зносаўстойлівасці, якая патрабуе працы ў суровых умовах.
Узоры высокавугляродзістай мартэнсітнай нержавеючай сталі (HCMSS), апрацаванай ELR пад гандлёвай маркай Vibenite® 350, былі распрацаваны і пастаўлены VBN Components AB, Швецыя.Намінальны хімічны склад пробы: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (мас.%).Спачатку з атрыманых прастакутных узораў (42 мм × 22 мм × 7 мм) без якой-небудзь посттэрмічнай апрацоўкі з выкарыстаннем электраэрознай апрацоўкі (EDM) былі выраблены сухія слізгальныя ўзоры (40 мм × 20 мм × 5 мм).Затым узоры паслядоўна шліфуюць наждачнай паперай SiC з памерам зерня ад 240 да 2400 R, каб атрымаць шурпатасць паверхні (Ra) каля 0,15 мкм.Акрамя таго, узоры апрацаванай EBM высокавугляродзістай мартэнсітнай інструментальнай сталі (HCMTS) з намінальным хімічным складам 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (мас. %) (камерцыйна вядомая як Vibenite® 150) Таксама рыхтуецца такім жа чынам.HCMTS змяшчае 8% карбідаў па аб'ёме і выкарыстоўваецца толькі для параўнання дадзеных аб хуткасці зносу HCMSS.
Мікраструктурная характарыстыка HCMSS была выканана з дапамогай SEM (FEI Quanta 250, ЗША), абсталяванага энергадысперсійным рэнтгенаўскім дэтэктарам (EDX) XMax80 ад Oxford Instruments.Тры выпадковыя мікрафатаграфіі, якія змяшчаюць 3500 мкм2, былі зроблены ў рэжыме зваротнага рассеяння электронаў (BSE), а затым прааналізаваны з дапамогай аналізу выявы (ImageJ®)28 для вызначэння долі плошчы (г.зн. аб'ёмнай долі), памеру і формы.З-за назіранай характэрнай марфалогіі доля плошчы была прынята роўнай долі аб'ёму.Акрамя таго, каэфіцыент формы карбідаў разлічваецца з дапамогай ураўненні каэфіцыента формы (Shfa):
Тут Ai - плошча карбіду (мкм2), а Pi - перыметр карбіду (мкм)29.Для ідэнтыфікацыі фаз правялі парашковую рэнтгенаўскую дыфракцыю (XRD) з выкарыстаннем рэнтгенаўскага дыфрактометра (Bruker D8 Discover з стрып-дэтэктарам LynxEye 1D) з выпраменьваннем Co-Kα (λ = 1,79026 Å).Адсканіруйце ўзор у дыяпазоне 2θ ад 35° да 130° з памерам кроку 0,02° і часам кроку 2 секунды.Даныя XRD аналізаваліся з дапамогай праграмнага забеспячэння Diffract.EVA, якое абнавіла крышталаграфічную базу даных у 2021 г. Акрамя таго, для вызначэння мікрацвёрдасці выкарыстоўваўся цвёрдамер па Віккерсу (Struers Durascan 80, Аўстрыя).У адпаведнасці са стандартам ASTM E384-17 30 было зроблена 30 адбіткаў на металаграфічна падрыхтаваных узорах з крокам 0,35 мм на працягу 10 с пры 5 кгс.Аўтары раней ахарактарызавалі асаблівасці мікраструктуры HCMTS31.
Трыбаметр з шарыкавай пласцінай (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, ЗША) быў выкарыстаны для правядзення сухіх выпрабаванняў на зваротна-паступальны знос, канфігурацыя якога падрабязна апісана ў іншым месцы31.Параметры выпрабаванняў наступныя: у адпаведнасці са стандартам 32 ASTM G133-05, нагрузка 3 Н, частата 1 Гц, ход 3 мм, працягласць 1 гадзіна.У якасці процівагаў выкарыстоўваліся шарыкі з аксіду алюмінія (Al2O3, клас дакладнасці 28/ISO 3290) дыяметрам 10 мм з макрацвёрдасцю каля 1500 HV і шурпатасцю паверхні (Ra) каля 0,05 мкм, прадастаўленыя кампаніяй Redhill Precision, Чэшская Рэспубліка. .Балансіроўка была выбрана для прадухілення наступстваў акіслення, якое можа адбыцца з-за балансіроўкі, і для лепшага разумення механізмаў зносу ўзораў у цяжкіх умовах зносу.Варта адзначыць, што параметры выпрабаванняў такія ж, як і ў Ref.8, каб параўнаць дадзеныя аб хуткасці зносу з існуючымі даследаваннямі.Акрамя таго, была праведзена серыя зваротна-паступальных выпрабаванняў з нагрузкай 10 Н для праверкі трыбалагічных характарыстык пры больш высокіх нагрузках, у той час як іншыя параметры выпрабаванняў заставаліся нязменнымі.Пачатковы кантактны ціск па Герцу складае 7,7 МПа і 11,5 МПа пры 3 Н і 10 Н адпаведна.Падчас выпрабаванні на знос была зарэгістравана сіла трэння з частатой 45 Гц і разлічаны сярэдні каэфіцыент трэння (CoF).Для кожнай нагрузкі былі зроблены тры вымярэння ва ўмовах навакольнага асяроддзя.
Траекторыя зносу была даследавана з дапамогай апісанага вышэй SEM, а аналіз ЭРС быў выкананы з дапамогай праграмнага забеспячэння для аналізу паверхні зносу Aztec Acquisition.Зношаная паверхня парнага куба даследавалася з дапамогай аптычнага мікраскопа (Keyence VHX-5000, Японія).Бескантактавы лазерны прафілятар (NanoFocus µScan, Германія) адсканаваў след зносу з вертыкальным дазволам ±0,1 мкм па восі z і 5 мкм па восях x і y.Карта профілю паверхні рубца зносу была створана ў Matlab® з выкарыстаннем каардынат x, y, z, атрыманых у выніку вымярэнняў профілю.Некалькі вертыкальных профіляў шляху зносу, вынятых з карты профілю паверхні, выкарыстоўваюцца для разліку аб'ёмных страт зносу на шляху зносу.Страта аб'ёму была разлічана як здабытак сярэдняй плошчы папярочнага перасеку профілю дроту і даўжыні дарожкі зносу, і дадатковыя дэталі гэтага метаду былі апісаны раней аўтарамі33.Адсюль удзельная хуткасць зносу (k) атрымліваецца па наступнай формуле:
Тут V - страта аб'ёму з-за зносу (мм3), W - прыкладзеная нагрузка (Н), L - адлегласць слізгацення (мм), а k - удзельная хуткасць зносу (мм3/Нм)34.Даныя аб трэнні і карты профілю паверхні для HCMTS уключаны ў дадатковы матэрыял (дадатковы малюнак S1 і малюнак S2) для параўнання хуткасці зносу HCMSS.
У гэтым даследаванні карта цвёрдасці папярочнага перасеку траекторыі зносу была выкарыстана для дэманстрацыі паводзін пластычнай дэфармацыі (г.зн. дэфармацыйнае ўмацаванне з-за кантактнага ціску) зоны зносу.Адшліфаваныя ўзоры выразалі аксідна-алюмініевым адрэзным кругам на станку для рэзкі (Struers Accutom-5, Аўстрыя) і шліфавалі наждачнай паперай SiC марак ад 240 да 4000 Р па таўшчыні ўзораў.Вымярэнне мікрацвёрдасці пры 0,5 кгс 10 с і адлегласці 0,1 мм у адпаведнасці з ASTM E348-17.Адбіткі былі размешчаны на прамавугольнай сетцы памерам 1,26 × 0,3 мм2 прыблізна на 60 мкм ніжэй паверхні (малюнак 1), а затым была адлюстравана карта цвёрдасці з выкарыстаннем карыстацкага кода Matlab®, апісанага ў іншым месцы35.Акрамя таго, з дапамогай СЭМ была даследавана мікраструктура папярочнага перасеку зоны зносу.
Схема знака зносу, якая паказвае месцазнаходжанне папярочнага разрэзу (а), і аптычная мікрафатаграфія карты цвёрдасці, якая паказвае знак, выяўлены ў папярочным разрэзе (б).
Мікраструктура HCMSS, апрацаванага ELP, складаецца з аднастайнай карбіднай сеткі, акружанай матрыцай (мал. 2а, б).Аналіз EDX паказаў, што шэры і цёмны карбіды былі карбідамі, багатымі хромам і ванадыям адпаведна (табліца 1).Разлічана на аснове аналізу малюнкаў, аб'ёмная доля карбідаў складае ~22,5% (~18,2% карбідаў з высокім утрыманнем хрому і ~4,3% карбідаў з высокім утрыманнем ванадыя).Сярэднія памеры зерняў са стандартнымі адхіленнямі складаюць 0,64 ± 0,2 мкм і 1,84 ± 0,4 мкм для карбідаў, багатых V і Cr, адпаведна (мал. 2c, d).Карбіды з высокім V маюць тэндэнцыю быць больш круглымі з каэфіцыентам формы (±SD) каля 0,88±0,03, таму што значэнні каэфіцыента формы, блізкія да 1, адпавядаюць круглым карбідам.Наадварот, карбіды з высокім утрыманнем хрому не зусім круглыя, з каэфіцыентам формы каля 0,56 ± 0,01, што можа быць звязана з агламерацыяй.Пікі дыфракцыі мартэнсіту (α, ОЦК) і захаванага аўстэніту (γ', ГЦК) былі выяўлены на рэнтгенаграме HCMSS, як паказана на мал. 2e.Акрамя таго, рэнтгенаграма паказвае наяўнасць другасных карбідаў.Карбіды з высокім утрыманнем хрому былі вызначаны як карбіды тыпу M3C2 і M23C6.Згодна з літаратурнымі дадзенымі, 36,37,38 дыфракцыйных пікаў карбідаў VC былі запісаны пры ≈43° і 63°, мяркуючы, што пікі VC былі замаскіраваны пікамі M23C6 багатых хромам карбідаў (мал. 2e).
Мікраструктура высокавугляродзістай мартэнсітнай нержавеючай сталі, апрацаванай EBL (а) пры малым павелічэнні і (б) пры вялікім павелічэнні, паказвае карбіды, багатыя хромам і ванадыем, і матрыцу з нержавеючай сталі (рэжым зваротнага рассейвання электронаў).Слупковыя дыяграмы, якія паказваюць зярністасць карбідаў, багатых хромам (c) і багатых ванадыям (d).Рэнтгенаграма паказвае наяўнасць у мікраструктуры мартэнсіту, астатняга аўстэніту і карбідаў (d).
Сярэдняя мікрацвёрдасць складае 625,7 + 7,5 HV5, што сведчыць аб адносна высокай цвёрдасці ў параўнанні з традыцыйна апрацаванай мартенситной нержавеючай сталлю (450 HV)1 без тэрмічнай апрацоўкі.Паведамляецца, што цвёрдасць нанаіндэнтавання карбідаў з высокім V і высокім Cr складае ад 12 да 32,5 ГПа39 і 13–22 ГПа40 адпаведна.Такім чынам, высокая цвёрдасць HCMSS, апрацаванага ELP, абумоўлена высокім утрыманнем вугляроду, які спрыяе адукацыі карбіднай сеткі.Такім чынам, HSMSS, апрацаваны ELP, паказвае добрыя мікраструктурныя характарыстыкі і цвёрдасць без дадатковай посттэрмічнай апрацоўкі.
Крывыя сярэдняга каэфіцыента трэння (CoF) для ўзораў пры 3 Н і 10 Н прадстаўлены на малюнку 3, дыяпазон мінімальных і максімальных значэнняў трэння пазначаны напаўпразрыстай штрыхоўкай.Кожная крывая паказвае фазу абкаткі і фазу ўстойлівага стану.Фаза абкаткі заканчваецца на 1,2 м з CoF (±SD) 0,41 ± 0,24,3 Н і на 3,7 м з CoF 0,71 ± 0,16,10 Н, перш чым увайсці ў стацыянарны стан фазы, калі трэнне спыняецца.не мяняецца хутка.З-за невялікай плошчы кантакту і грубай пачатковай пластычнай дэфармацыі сіла трэння хутка ўзрастала на этапе абкаткі пры 3 Н і 10 Н, дзе больш высокая сіла трэння і большая адлегласць слізгацення адбываліся пры 10 Н, што можа быць звязана з да таго, што ў параўнанні з 3 Н пашкоджанне паверхні вышэй.Для 3 Н і 10 Н значэння CoF ў нерухомай фазе складаюць 0,78 ± 0,05 і 0,67 ± 0,01 адпаведна.CoF практычна стабільны пры 10 Н і паступова павялічваецца пры 3 Н. У абмежаванай літаратуры CoF нержавеючай сталі, апрацаванай L-PBF, у параўнанні з керамічнымі рэакцыйнымі целамі пры нізкіх нагрузках вагаецца ад 0,5 да 0,728, 20, 42, што ў добрае супадзенне з вымеранымі значэннямі CoF у гэтым даследаванні.Зніжэнне CoF з павелічэннем нагрузкі ў стацыянарным стане (каля 14,1%) можа быць звязана з дэградацыяй паверхні, якая адбываецца на мяжы паміж зношанай паверхняй і адпаведным элементам, што будзе абмяркоўвацца ў наступным раздзеле пры аналізе паверхні ношаныя ўзоры.
Каэфіцыенты трэння ўзораў VSMSS, апрацаваных ELP, на дарожках слізгацення пры 3 Н і 10 Н, стацыянарная фаза адзначана для кожнай крывой.
Удзельная хуткасць зносу HKMS (625,7 HV) ацэньваецца ў 6,56 ± 0,33 × 10–6 мм3/Нм і 9,66 ± 0,37 × 10–6 мм3/Нм пры 3 Н і 10 Н адпаведна (мал. 4).Такім чынам, хуткасць зносу павялічваецца з павелічэннем нагрузкі, што добра ўзгадняецца з існуючымі даследаваннямі аўстэніту, апрацаванага L-PBF і PH SS17,43.У тых жа трыбалагічных умовах хуткасць зносу пры 3 Н складае каля адной пятай ад хуткасці зносу аўстэнітнай нержавеючай сталі, апрацаванай L-PBF (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 мм3/Нм, 229 HV), як і ў папярэднім выпадку. .8. Акрамя таго, хуткасць зносу HCMSS пры 3 Н была значна ніжэй, чым у традыцыйна апрацаваных аўстенітных нержавеючых сталей і, у прыватнасці, вышэй, чым у высокаізатропных прэсаваных сталей (k = 4,20 ± 0,3 × 10–5 мм3)./Нм, 176 HV) і літой (k = 4,70 ± 0,3 × 10–5 мм3/Нм, 156 HV) апрацаванай аўстэнітнай нержавеючай сталі, 8 адпаведна.У параўнанні з гэтымі даследаваннямі ў літаратуры, палепшаная зносаўстойлівасць HCMSS тлумачыцца высокім утрыманнем вугляроду і ўтворанай цвёрдасплаўнай сеткай, што прыводзіць да больш высокай цвёрдасці, чым аўстэнітная нержавеючая сталь з адытыўнай механічнай апрацоўкай.Для далейшага вывучэння хуткасці зносу ўзораў HCMSS аналагічным чынам апрацаваны ўзор з высокавугляродзістай мартэнсітнай інструментальнай сталі (HCMTS) (з цвёрдасцю 790 HV) быў выпрабаваны ў аналагічных умовах (3 Н і 10 Н) для параўнання;Дадатковым матэрыялам з'яўляецца карта профілю паверхні HCMTS (дадатковы малюнак S2).Хуткасць зносу HCMSS (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 мм3/Нм) амаль такая ж, як і для HCMTS пры 3 Н (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 мм3/Нм), што паказвае на выдатную зносаўстойлівасць. .Гэтыя характарыстыкі ў асноўным тлумачацца асаблівасцямі мікраструктуры HCMSS (г.зн. высокім утрыманнем карбіду, памерам, формай і размеркаваннем часціц карбіду ў матрыцы, як апісана ў раздзеле 3.1).Як паведамлялася раней31,44, утрыманне карбіду ўплывае на шырыню і глыбіню шнара і механізм мікраабразіўнага зносу.Аднак утрыманне карбіду недастаткова для абароны плашкі пры 10 Н, што прыводзіць да павышанага зносу.У наступным раздзеле марфалогія і тапаграфія паверхні зносу выкарыстоўваюцца для тлумачэння асноўных механізмаў зносу і дэфармацыі, якія ўплываюць на хуткасць зносу HCMSS.Пры 10 Н хуткасць зносу VCMSS (k = 9,66 ± 0,37 × 10–6 мм3/Нм) вышэй, чым у VKMTS (k = 5,45 ± 0,69 × 10–6 мм3/Нм).Наадварот, гэтыя паказчыкі зносу ўсё яшчэ даволі высокія: у падобных умовах выпрабаванняў хуткасць зносу пакрыццяў на аснове хрому і стэліту ніжэй, чым у HCMSS45,46.Нарэшце, з-за высокай цвёрдасці аксіду алюмінія (1500 HV) хуткасць зносу спалучэння была нязначнай, і былі выяўлены прыкметы пераносу матэрыялу з узору на алюмініевыя шары.
Удзельны знос пры ELR апрацоўцы высокавугляродзістай мартенситной нержавеючай сталі (HMCSS), ELR апрацоўцы высокавугляродзістай мартенситной інструментальнай сталі (HCMTS) і L-PBF, апрацоўцы ліцця і высокага ізатропнага прэсавання (HIP) аўстенитной нержавеючай сталі (316LSS) у розных сферах прымянення. хуткасці загружаюцца.Дыяграма рассейвання паказвае стандартнае адхіленне вымярэнняў.Дадзеныя для аўстэнітных нержавеючых сталей бяруцца з 8.
У той час як цвёрдыя наплавы, такія як хром і стэліт, могуць забяспечыць лепшую зносаўстойлівасць, чым сістэмы сплаваў, апрацаваныя з дадаткамі, механічная апрацоўка з дадаткамі можа (1) палепшыць мікраструктуру, асабліва для матэрыялаў з рознымі шчыльнасцямі.аперацыі на кантавой частцы;і (3) стварэнне новых тапалогій паверхні, такіх як інтэграваныя гідрадынамічныя падшыпнікі.Акрамя таго, AM прапануе гібкасць геаметрычнага дызайну.Гэта даследаванне асабліва новае і важнае, паколькі вельмі важна высветліць характарыстыкі зносу гэтых нядаўна распрацаваных металічных сплаваў з EBM, для якіх сучасная літаратура вельмі абмежаваная.
Марфалогія зношанай паверхні і марфалогія зношаных узораў пры 3 Н паказаны на мал.5, дзе асноўным механізмам зносу з'яўляецца ізаляцыя з наступным акісленнем.Спачатку сталёвая падкладка пластычна дэфармуецца, а затым выдаляецца, каб сфармаваць канаўкі глыбінёй ад 1 да 3 мкм, як паказана ў профілі паверхні (мал. 5а).З-за цяпла трэння, якое ўтвараецца пры бесперапынным слізгаценні, выдалены матэрыял застаецца на мяжы трыбалагічнай сістэмы, утвараючы трыбалагічны пласт, які складаецца з невялікіх астраўкоў з высокім утрыманнем аксіду жалеза, якія атачаюць карбіды з высокім утрыманнем хрому і ванадыя (малюнак 5b і табліца 2).), як таксама паведамлялася для аўстэнітнай нержавеючай сталі, апрацаванай L-PBF15,17.На мал.5c паказвае інтэнсіўнае акісленне, якое адбываецца ў цэнтры шнара.Такім чынам, утварэнню фрыкцыйнага пласта спрыяе разбурэнне фрыкцыйнага пласта (г.зн. аксіднага пласта) (мал. 5f) або выдаленне матэрыялу адбываецца ў слабых месцах мікраструктуры, тым самым паскараючы выдаленне матэрыялу.У абодвух выпадках разбурэнне фрыкцыйнага пласта прыводзіць да адукацыі прадуктаў зносу на мяжы сувязяў, што можа быць прычынай тэндэнцыі да павелічэння CoF ў стацыянарным стане 3N (мал. 3).Акрамя таго, ёсць прыкметы трохчасткавага зносу, выкліканага аксідамі і свабоднымі часціцамі зносу на дарожцы зносу, што ў канчатковым выніку прыводзіць да адукацыі мікрадрапін на падкладцы (мал. 5b, e)9,12,47.
Профіль паверхні (a) і мікрафатаграфіі (b–f) марфалогіі паверхні зносу высокавугляродзістай мартэнсітнай нержавеючай сталі, апрацаванай ELP пры 3 Н, папярочны разрэз следа зносу ў рэжыме BSE (d) і аптычная мікраскапія зносу паверхні пры 3 Н (г) сферы аксіду алюмінію.
На сталёвай падкладцы ўтварыліся паласы слізгацення, якія сведчаць аб пластычнай дэфармацыі з-за зносу (мал. 5e).Падобныя вынікі былі таксама атрыманы ў даследаванні паводзін аўстэнітнай сталі SS47, апрацаванай L-PBF.Пераарыентацыя багатых ванадыям карбідаў таксама паказвае на пластычную дэфармацыю сталёвай матрыцы пры слізгаценні (мал. 5д).Мікрафатаграфіі папярочнага разрэзу следу зносу паказваюць наяўнасць невялікіх круглых ямак, акружаных мікротрэшчынамі (мал. 5d), што можа быць звязана з празмернай пластычнай дэфармацыяй каля паверхні.Перанос матэрыялу ў сферы аксіду алюмінія быў абмежаваны, у той час як сферы заставаліся некранутымі (мал. 5g).
Шырыня і глыбіня зносу ўзораў павялічваліся з павелічэннем нагрузкі (пры 10 Н), як паказана на карце тапаграфіі паверхні (мал. 6а).Ізаляцыя і акісленне па-ранейшаму з'яўляюцца асноўнымі механізмамі зносу, і павелічэнне колькасці мікрадрапін на дарожцы зносу паказвае на тое, што знос з трох частак таксама адбываецца пры 10 Н (мал. 6b).Аналіз EDX паказаў адукацыю багатых жалезам аксідных астраўкоў.Пікі Al у спектрах пацвердзілі, што перанос рэчыва ад контрагента да ўзору адбыўся пры 10 Н (мал. 6с і табл. 3), у той час як пры 3 Н ён не назіраўся (табл. 2).Знос трох частак выкліканы часціцамі зносу з аксідных астраўкоў і аналагаў, дзе падрабязны аналіз EDX выявіў перанос матэрыялу з аналагаў (дадатковы малюнак S3 і табліца S1).Развіццё аксідных астравоў звязана з глыбокімі ямамі, што таксама назіраецца ў 3N (мал. 5).Расколіны і фрагментацыя карбідаў у асноўным адбываюцца ў карбідах, багатых 10 N Cr (мал. 6e, f).Акрамя таго, карбіды з высокім V адслойваюцца і зношваюць навакольную матрыцу, што, у сваю чаргу, выклікае трохчасткавы знос.У папярочным перасеку дарожкі (мал. 6d) таксама з'явілася ямка, падобная па памеры і форме да карбіду з высокім V (выдзелена чырвоным кругам) (гл. аналіз памеру і формы карбіду. 3.1), што паказвае на тое, што высокі V карбід V можа адслойвацца ад матрыцы пры 10 Н. Круглая форма карбідаў з высокім V спрыяе эфекту выцягвання, у той час як агламераваныя карбіды з высокім Cr схільныя да парэпання (мал. 6e, f).Такое разбурэнне паказвае на тое, што матрыца перавысіла сваю здольнасць супрацьстаяць пластычнай дэфармацыі і што мікраструктура не забяспечвае дастатковую ўдарную трываласць пры 10 Н. Вертыкальныя расколіны пад паверхняй (мал. 6d) паказваюць на інтэнсіўнасць пластычнай дэфармацыі, якая ўзнікае падчас слізгацення.Па меры павелічэння нагрузкі адбываецца перанос матэрыялу са зношанай дарожкі на шар з аксіду алюмінія (мал. 6g), які можа быць у стацыянарным стане пры 10 Н. Асноўная прычына зніжэння значэнняў CoF (мал. 3).
Профіль паверхні (a) і мікрафатаграфіі (b–f) тапаграфіі зношанай паверхні (b–f) высокавугляродзістай мартэнсітнай нержавеючай сталі, апрацаванай EBA пры 10 Н, папярочны перасек дарожкі зносу ў рэжыме BSE (d) і паверхню аптычнага мікраскопа сферы аксіду алюмінію пры 10 Н (г).
Падчас слізгальнага зносу паверхня падвяргаецца выкліканым антыцеламі сціскальным і зрухавым напружанням, што прыводзіць да значнай пластычнай дэфармацыі пад зношанай паверхняй34,48,49.Такім чынам, дэфармацыйнае ўмацаванне можа адбывацца пад паверхняй з-за пластычнай дэфармацыі, уплываючы на ​​знос і механізмы дэфармацыі, якія вызначаюць паводзіны матэрыялу пры зносе.Такім чынам, для вызначэння развіцця зоны пластычнай дэфармацыі (PDZ) ніжэй шляху зносу ў залежнасці ад нагрузкі ў гэтым даследаванні было выканана адлюстраванне цвёрдасці папярочнага перасеку (як падрабязна апісана ў раздзеле 2.4).Паколькі, як згадвалася ў папярэдніх раздзелах, выразныя прыкметы пластычнай дэфармацыі назіраліся ніжэй слядоў зносу (мал. 5d, 6d), асабліва пры 10 Н.
На мал.На малюнку 7 паказаны папярочныя дыяграмы цвёрдасці слядоў зносу HCMSS, апрацаваных ELP пры 3 Н і 10 Н. Варта адзначыць, што гэтыя значэнні цвёрдасці выкарыстоўваліся ў якасці індэкса для ацэнкі эфекту дэфармацыйнага ўмацавання.Змена цвёрдасці ніжэй адзнакі зносу складае ад 667 да 672 HV пры 3 Н (мал. 7а), што сведчыць аб нязначным умацаванні.Як мяркуецца, з-за нізкага раздзялення карты мікрацвёрдасці (г.зн. адлегласці паміж пазнакамі) ужыты метад вымярэння цвёрдасці не мог вызначыць змены цвёрдасці.Наадварот, зоны PDZ са значэннямі цвёрдасці ад 677 да 686 HV з максімальнай глыбінёй 118 мкм і даўжынёй 488 мкм назіраліся пры 10 Н (мал. 7б), што карэлюе з шырынёй дарожкі зносу ( Мал. 6а)).Аналагічныя дадзеныя аб змяненні памеру PDZ з нагрузкай былі знойдзены ў даследаванні зносу SS47, апрацаванага L-PBF.Вынікі паказваюць, што наяўнасць захаванага аўстэніту ўплывае на пластычнасць сталей 3, 12, 50, вырабленых з дадаткамі, і захаваны аўстэніт ператвараецца ў мартэнсіт падчас пластычнай дэфармацыі (пластычны эфект фазавага ператварэння), што павышае дэфармацыйнае ўмацаванне сталі.сталь 51. Паколькі ўзор VCMSS утрымліваў захаваны аўстэніт у адпаведнасці з рэнтгенаўскай дыфрактаграмай, разгледжанай раней (мал. 2e), было выказана меркаванне, што захаваны аўстэніт у мікраструктуры можа ператварацца ў мартэнсіт падчас кантакту, тым самым павялічваючы цвёрдасць PDZ ( Мал. 7b).Акрамя таго, адукацыя слізгацення, якое адбываецца на дарожцы зносу (мал. 5e, 6f), таксама паказвае на пластычную дэфармацыю, выкліканую слізгаценнем дыслакацыі пад дзеяннем напружання зруху пры слізгальным кантакце.Аднак напружанне зруху, выкліканае пры 3 Н, было недастатковым для атрымання высокай шчыльнасці дыслакацый або пераўтварэння астатняга аўстэніту ў мартэнсіт, якое назіралася выкарыстоўваным метадам, таму дэфармацыйнае ўмацаванне назіралася толькі пры 10 Н (мал. 7b).
Дыяграмы цвёрдасці папярочнага перасеку дарожак зносу з высокавугляродзістай мартенситной нержавеючай сталі, падвергнутай электраэразраднай апрацоўцы пры 3 Н (а) і 10 Н (б).
Гэта даследаванне паказвае паводзіны пры зносе і мікраструктурныя характарыстыкі новай высокавугляроднай мартенситной нержавеючай сталі, апрацаванай ELR.Выпрабаванні сухога зносу праводзіліся пры слізгаценні пры розных нагрузках, а зношаныя ўзоры даследаваліся з дапамогай электроннай мікраскапіі, лазернага профілометра і карт цвёрдасці папярочных перасекаў дарожак зносу.
Мікраструктурны аналіз выявіў раўнамернае размеркаванне карбідаў з высокім утрыманнем хрому (~18,2% карбідаў) і ванадыя (~4,3% карбідаў) у матрыцы з мартэнсіту і нязбытнага аўстэніту з адносна высокай мікрацвёрдасцю.Дамінуючым механізмам зносу з'яўляюцца знос і акісленне пры нізкіх нагрузках, у той час як знос трох частак, выкліканы расцягнутымі цвёрдымі сплавамі з высокім V і аксідамі рыхлых зерняў, таксама спрыяе зносу пры ўзрастаючых нагрузках.Каэфіцыент зносу лепшы, чым у L-PBF і звычайнай механічнай апрацоўкі аўстенітнай нержавеючай сталі, і нават падобны да паказчыка EBM апрацаванай інструментальнай сталі пры нізкіх нагрузках.Значэнне CoF памяншаецца з павелічэннем нагрузкі з-за перадачы матэрыялу да супрацьлеглага цела.З дапамогай метаду адлюстравання цвёрдасці папярочнага перасеку зона пластычнай дэфармацыі паказваецца пад адзнакай зносу.Магчымае драбненне збожжа і фазавыя пераходы ў матрыцы можна дадаткова даследаваць з дапамогай дыфракцыі зваротнага рассейвання электронаў, каб лепш зразумець эфекты дэфармацыйнага ўмацавання.Нізкая раздзяляльнасць карты мікрацвёрдасці не дазваляе візуалізаваць цвёрдасць зоны зносу пры нізкіх прыкладзеных нагрузках, таму нанаіндэнт можа забяспечыць змены цвёрдасці з больш высокім раздзяленнем з выкарыстаннем таго ж метаду.
Гэта даследаванне ўпершыню прадстаўляе комплексны аналіз зносаўстойлівасці і фрыкцыйных уласцівасцяў новай высокавугляроднай мартенситной нержавеючай сталі, апрацаванай ELR.Улічваючы свабоду геаметрычнага дызайну АМ і магчымасць скарачэння этапаў апрацоўкі з дапамогай АМ, гэта даследаванне можа адкрыць шлях для вытворчасці гэтага новага матэрыялу і яго выкарыстання ў прыладах, звязаных з зносам, ад валаў да формаў для ліцця пластмас пад ціскам са складаным каналам астуджэння.
Бхат, BN Аэракасмічныя матэрыялы і прымяненне, том.255 (Амерыканскае таварыства аэранаўтыкі і астранаўтыкі, 2018).
Баджай, П. і інш.Сталь у адытыўнай вытворчасці: агляд яе мікраструктуры і ўласцівасцей.alma mater.навука.праект.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. і Passeggio, F. Пашкоджанне зносу паверхні аэракасмічных кампанентаў EN 3358 з нержавеючай сталі падчас слізгацення.Братэрства.Рэд.Інтэгра-струт.23, 127–135 (2012).
Дэброй Т. і інш.Адытыўная вытворчасць металічных кампанентаў - працэс, структура і прадукцыйнасць.праграмаванне.alma mater.навука.92, 112–224 (2018).
Герцаг Д., Сейда В., Віцыск Э. і Эммельман С. Вытворчасць металічных дабавак.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM International.Стандартная тэрміналогія тэхналогіі адытыўнай вытворчасці.Хуткае выраб.Дацэнт.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. і інш.Механічныя і трыбалагічныя ўласцівасці нержавеючай сталі 316L – параўнанне селектыўнага лазернага плаўлення, гарачага прэсавання і звычайнага ліцця.Дадаць да.вытворца.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., і Pham, MS Уклад мікраструктуры ў адытыўна вырабленую нержавеючую сталь 316L механізмы сухога слізгацення зносу і анізатрапіі.alma mater.дэк.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. і Tatlock GJ Механічны водгук і механізмы дэфармацыі сталёвых канструкцый, загартаваных дысперсіяй аксіду жалеза, атрыманай селектыўным лазерным плаўленнем.часопіс.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI і Akhtar, F. Механічная трываласць вышэйшага парадку пасля тэрмічнай апрацоўкі SLM 2507 пры пакаёвай і падвышанай тэмпературах, спрыяючы цвёрдым/пластычным сігма-ападкам.Метал (Базель).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., і Li, S. Мікраструктура, рэакцыя пасля нагрэву і трыбалагічныя ўласцівасці 3D-друкаванай нержавеючай сталі 17-4 PH.Нашэнне 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., і Zhang, L. Паводзіны ўшчыльнення, эвалюцыя мікраструктуры і механічныя ўласцівасці кампазітных матэрыялаў з нержавеючай сталі TiC/AISI420, вырабленых селектыўным лазерным плаўленнем.alma mater.дэк.187, 1–13 (2020).
Чжао X. і інш.Выраб і характарыстыка нержавеючай сталі AISI 420 з дапамогай селектыўнага лазернага плаўлення.alma mater.вытворца.працэс.30, 1283–1289 (2015).
Сан Ю., Мароз А. і Альбей К. Характарыстыкі слізгальнага зносу і каразійныя паводзіны селектыўнага лазернага плаўлення нержавеючай сталі 316L.Ж. Alma mater.праект.выканаць.23, 518–526 (2013).
Шыбата, К. і інш.Трэнне і знос парашковай нержавеючай сталі пры змазцы алеем [J].Трыбіёл.унутраная 104, 183–190 (2016).