Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com.Þú ert að nota vafraútgáfu með takmarkaðan CSS stuðning.Til að fá bestu upplifunina mælum við með því að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkva á eindrægnistillingu í Internet Explorer).Að auki, til að tryggja áframhaldandi stuðning, sýnum við síðuna án stíla og JavaScript.
Rennistikur sem sýna þrjár greinar á hverri glæru.Notaðu til baka og næsta hnappa til að fara í gegnum glærurnar, eða rennibrautarhnappana í lokin til að fara í gegnum hverja glæru.

ASTM A240 304 316 Ryðfrítt stál miðlungs þykkur plötu er hægt að skera og aðlaga Kína verksmiðjuverð

Efnisflokkur: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Gerð: Ferrític, Austenite, Martensite, Duplex
Tækni: Kaldvalsað og heitvalsað
Vottun: ISO9001, CE, SGS á hverju ári
Þjónusta: Próf þriðja aðila
Afhending: innan 10-15 daga eða miðað við magn

Ryðfrítt stál er járnblendi sem hefur að lágmarki 10,5 prósent króminnihald.Króminnihaldið framleiðir þunnt krómoxíðfilmu á yfirborði stálsins sem kallast passiveringslag.Þetta lag kemur í veg fyrir að tæring eigi sér stað á stályfirborðinu;því meira magn af króm í stálinu, því meira er tæringarþolið.

Stálið inniheldur einnig fjölbreytt magn af öðrum frumefnum eins og kolefni, kísil og mangan.Hægt er að bæta við öðrum þáttum til að auka tæringarþol (Nikkel) og mótunarhæfni (mólýbden).

Hegðun hákolefnis martensitic ryðfríu stáli (HCMSS) sem samanstendur af um það bil 22,5 vol.% karbíð með hátt innihald af króm (Cr) og vanadíum (V), var fest með rafeindageislabræðslu (EBM).Örbyggingin er samsett úr martensít og leifar austenítfasa, undirmíkron hár V og míkron hár Cr karbíð dreifast jafnt og hörku er tiltölulega mikil.CoF minnkar um u.þ.b. 14,1% með auknu stöðugu álagi vegna flutnings efnis frá slitnu brautinni yfir á andstæðan hluta.Í samanburði við martensitic verkfærastál sem er meðhöndlað á sama hátt, er slithraði HCMSS næstum það sama við lágt álag.Ríkjandi slitbúnaður er að fjarlægja stálgrunninn með núningi og síðan oxun á slitlaginu, en þriggja þátta slípiefnisslit á sér stað með auknu álagi.Plastaflögun svæði undir slitörinu sem auðkennd eru með þversniðs hörkukortlagningu.Sértækum fyrirbærum sem eiga sér stað þegar slitskilyrði aukast er lýst sem karbíðsprungu, mikið vanadíumkarbíðrof og sprungur í skurði.Þessar rannsóknir varpa ljósi á sliteiginleika HCMSS aukefnaframleiðslu, sem gæti rutt brautina fyrir framleiðslu á EBM íhlutum fyrir slit, allt frá skaftum til plastsprautumóta.
Ryðfrítt stál (SS) er fjölhæf stálfjölskylda sem er mikið notuð í geimferðum, bifreiðum, matvælum og mörgum öðrum forritum vegna mikillar tæringarþols og viðeigandi vélrænna eiginleika1,2,3.Mikil tæringarþol þeirra stafar af háu innihaldi króms (meira en 11,5 wt.%) í HC, sem stuðlar að myndun oxíðfilmu með hátt króminnihald á yfirborðinu1.Hins vegar eru flestar ryðfríu stáltegundir með lágt kolefnisinnihald og hafa því takmarkaða hörku og slitþol, sem leiðir til minni endingartíma slitatengdra tækja eins og lendingarhluta í geimferðum4.Venjulega hafa þau lága hörku (á bilinu 180 til 450 HV), aðeins sum hitameðhöndluð martensitic ryðfrítt stál hafa mikla hörku (allt að 700 HV) og hátt kolefnisinnihald (allt að 1,2 wt%), sem getur stuðlað að myndun martensíts.1. Í stuttu máli, hátt kolefnisinnihald lækkar martensitic umbreytingarhitastigið, sem gerir kleift að mynda fullkomlega martensitic örbyggingu og öflun slitþolinnar örbyggingar við háan kælihraða.Harða fasa (td karbíð) er hægt að bæta við stál fylkið til að bæta slitþol mótstöðunnar enn frekar.
Innleiðing aukefnaframleiðslu (AM) getur framleitt ný efni með æskilega samsetningu, örbyggingareiginleikum og yfirburða vélrænni eiginleika5,6.Sem dæmi má nefna að duftbeðsbræðsla (PBF), eitt af markaðssettustu aukefnasuðuferlinu, felur í sér útfellingu forblandaðs dufts til að mynda þétt lagaða hluta með því að bræða duftið með því að nota hitagjafa eins og leysigeisla eða rafeindageisla7.Nokkrar rannsóknir hafa sýnt að íhlutir úr ryðfríu stáli geta verið betri en hefðbundnir hlutar.Til dæmis hefur verið sýnt fram á að austenítískt ryðfrítt stál, sem hefur verið undirbúið aukefnavinnslu, hafi yfirburða vélræna eiginleika vegna fínni örbyggingar þeirra (þ.e. Hall-Petch tengsl)3,8,9.Hitameðhöndlun á AM-meðhöndluðu ferritic ryðfríu stáli framleiðir viðbótarbotnfall sem gefur vélræna eiginleika svipaða hefðbundnum hliðstæðum þeirra3,10.Samþykkt tvífasa ryðfrítt stál með miklum styrk og hörku, unnið með aukefnavinnslu, þar sem bættir vélrænir eiginleikar eru vegna krómríkra millimálmfasa í örbyggingunni11.Að auki er hægt að fá bætta vélræna eiginleika aukefnishertu martensitic og PH ryðfríu stáli með því að stjórna varðveittu austeníti í örbyggingunni og hagræða vinnslu- og hitameðhöndlunarbreytur 3,12,13,14.
Hingað til hafa ættfræðieiginleikar AM austenitic ryðfríu stáli fengið meiri athygli en önnur ryðfríu stáli.Tribological hegðun leysir bráðnun í lagi af dufti (L-PBF) meðhöndlað með 316L var rannsökuð sem fall af AM vinnslu breytum.Sýnt hefur verið fram á að lágmarka grop með því að draga úr skönnunarhraða eða auka leysiraflið getur bætt slitþol15,16.Li et al.17 prófuðu þurrt renna klæðast undir ýmsum breytum (álag, tíðni og hitastig) og sýndu að stofuhita klæðast er aðal slitbúnaðurinn, en aukinn rennahraði og hitastig stuðlar að oxun.Oxíðlagið sem myndast tryggir virkni lagsins, núningur minnkar með hækkandi hitastigi og slithraði eykst við hærra hitastig.Í öðrum rannsóknum, bætti TiC18, TiB219 og SiC20 agnir við L-PBF meðhöndlað 316L fylki slitþol með því að mynda þétt vinnuhert núningslag með aukningu á rúmmálshlutfalli harðra agna.Hlífðaroxíðlag hefur einnig sést í L-PBF12 meðhöndluðu PH stáli og SS11 tvíhliða stáli, sem gefur til kynna að takmörkun á austeníti sem varðveitt er með eftirhitameðferð12 getur bætt slitþol.Eins og tekin er saman hér eru bókmenntir aðallega lögð áhersla á ættlæga frammistöðu 316L SS seríunnar, á meðan það eru litlar upplýsingar um ættfræðiárangur röð af martensitic aukefnisframleiddum ryðfríu stáli með miklu hærra kolefnisinnihaldi.
Rafeindageislabræðsla (EBM) er tækni sem líkist L-PBF sem getur myndað örbyggingar með eldföstum karbíðum eins og háum vanadíum- og krómkarbíðum vegna getu þess til að ná hærra hitastigi og skannahraða 21, 22. Fyrirliggjandi bókmenntir um EBM-vinnslu á ryðfríu efni. Stál er aðallega einbeitt að því að ákvarða bestu ELM vinnslufæribreytur til að fá örbyggingu án sprungna og svitahola og bæta vélræna eiginleika23, 24, 25, 26, á meðan unnið er að ættfræðieiginleikum EBM meðhöndlaðs ryðfríu stáli.Hingað til hefur slitbúnaður martensitic ryðfríu stáli sem er meðhöndlað með ELR verið rannsakaður við takmarkaðar aðstæður og greint hefur verið frá því að alvarleg plastaflögun eigi sér stað við slípiefni (sandpappírspróf), þurrt og leðjuseyðandi aðstæður27.
Þessi rannsókn rannsakaði slitþol og núningseiginleika hákolefnis martensitic ryðfríu stáli sem var meðhöndlað með ELR við þurr renniskilyrði sem lýst er hér að neðan.Í fyrsta lagi voru smábyggingareiginleikar einkenndir með skönnun rafeindasmásjár (SEM), orkudreifandi röntgengreiningu (EDX), röntgengeislun og myndgreiningu.Gögnin sem aflað er með þessum aðferðum eru síðan notuð sem grunnur að athugunum á ættfræðihegðun með þurrum gagnkvæmum prófum undir mismunandi álagi og að lokum er slitið yfirborðsformgerð skoðuð með SEM-EDX og leysimælum.Slithraðinn var magngreindur og borinn saman við álíka meðhöndlað martensitic verkfærastál.Þetta var gert til þess að skapa grundvöll fyrir samanburði á þessu SS-kerfi við algengari slitkerfi með sams konar meðferð.Að lokum er þversniðskort af slitbrautinni sýnt með því að nota algrím til að kortleggja hörku sem sýnir plastaflögunina sem verður við snertingu.Það skal tekið fram að ættbálkaprófin fyrir þessa rannsókn voru gerðar til að skilja betur ættfræðieiginleika þessa nýja efnis, en ekki til að líkja eftir tiltekinni notkun.Þessi rannsókn stuðlar að betri skilningi á ættkvíslfræðilegum eiginleikum nýs martensitic ryðfríu stáls sem er framleitt með aukefnum til notkunar sem þarfnast notkunar í erfiðu umhverfi.
Sýnishorn af hákolefnismartensitic ryðfríu stáli (HCMSS) meðhöndluð með ELR undir vörumerkinu Vibenite® 350 voru þróuð og útveguð af VBN Components AB, Svíþjóð.Nafnefnasamsetning sýnisins: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (þyngd%).Í fyrsta lagi voru þurr rennisýni (40 mm × 20 mm × 5 mm) gerð úr rétthyrndum sýnum sem fengust (42 mm × 22 mm × 7 mm) án nokkurrar eftirhitunarmeðferðar með rafhleðsluvinnslu (EDM).Síðan voru sýnin mulin í röð með SiC sandpappír með kornastærð 240 til 2400 R til að fá yfirborðsgrófleika (Ra) um 0,15 μm.Að auki, sýnishorn af EBM-meðhöndluðu martensitic verkfærastáli (HCMTS) með nafnefnasamsetningu 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (wt. .%) (viðskiptalega þekkt sem Vibenite® 150) Einnig útbúið á sama hátt.HCMTS inniheldur 8% karbíð miðað við rúmmál og er aðeins notað til að bera saman HCMSS slithraða gögn.
Örbyggingareinkenni á HCMSS var gerð með því að nota SEM (FEI Quanta 250, Bandaríkjunum) búin orkudreifandi röntgengeisla (EDX) XMax80 skynjara frá Oxford Instruments.Þrjár handahófskenndar örmyndir sem innihéldu 3500 µm2 voru teknar í bakdreifðri rafeindastillingu (BSE) og síðan greindar með myndgreiningu (ImageJ®)28 til að ákvarða flatarmálsbrot (þ.e. rúmmálsbrot), stærð og lögun.Vegna einkennandi formgerðar sem kom fram var flatarmálsbrotið tekið jafnt og rúmmálsbrotinu.Að auki er lögunarstuðull karbíða reiknaður út með því að nota lögunarstuðlajöfnuna (Shfa):
Hér er Ai flatarmál karbíðsins (µm2) og Pi er ummál karbíðsins (µm)29.Til að bera kennsl á fasana var duftröntgengeislun (XRD) framkvæmd með því að nota röntgengeislunarmæli (Bruker D8 Discover með LynxEye 1D ræmuskynjara) með Co-Kα geislun (λ = 1,79026 Å).Skannaðu sýnið yfir 2θ bilið frá 35° til 130° með skrefstærð 0,02° og skreftíma upp á 2 sekúndur.XRD gögnin voru greind með Diffract.EVA hugbúnaðinum, sem uppfærði kristallagagnagrunninn árið 2021. Að auki var Vickers hörkuprófari (Struers Durascan 80, Austurríki) notaður til að ákvarða örhörku.Samkvæmt ASTM E384-17 30 staðlinum voru 30 prentanir gerðar á málmfræðilega unnin sýni í 0,35 mm þrepum í 10 s við 5 kgf.Höfundarnir hafa áður einkennt örbyggingareiginleika HCMTS31.
Kúluplötuþrímælir (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, Bandaríkjunum) var notaður til að framkvæma þurrt gagnkvæmt slitpróf, en uppsetning þeirra er lýst annars staðar31.Prófunarfæribreytur eru eftirfarandi: samkvæmt staðli 32 ASTM G133-05, álag 3 N, tíðni 1 Hz, slag 3 mm, lengd 1 klst.Kúlur úr áloxíð (Al2O3, nákvæmniflokkur 28/ISO 3290) með 10 mm þvermál með um það bil 1500 HV makróhörku og yfirborðsgrófleika (Ra) um 0,05 µm, frá Redhill Precision, Tékklandi, voru notaðar sem mótvægi .Jafnvægi var valið til að koma í veg fyrir áhrif oxunar sem geta átt sér stað vegna jafnvægis og til að skilja betur slitferli eintaka við erfiðar slitskilyrði.Það skal tekið fram að prófunarfæribreytur eru þær sömu og í tilvísun 8 til að bera saman slithraða gögn við núverandi rannsóknir.Að auki voru gerðar röð gagnkvæmra prófana með 10 N álagi til að sannreyna ættfræðiárangur við hærra álag, en aðrar prófunarbreytur héldust stöðugar.Upphafssnertiþrýstingur samkvæmt Hertz er 7,7 MPa og 11,5 MPa við 3 N og 10 N, í sömu röð.Við slitprófið var núningskrafturinn skráður á tíðnina 45 Hz og meðalnúnistuðullinn (CoF) reiknaður.Fyrir hverja hleðslu voru teknar þrjár mælingar við umhverfisaðstæður.
Slitferillinn var skoðaður með SEM sem lýst er hér að ofan og EMF greiningin var framkvæmd með notkun Aztec Acquisition slityfirborðsgreiningarhugbúnaðar.Slitið yfirborð paraða teningsins var skoðað með ljóssmásjá (Keyence VHX-5000, Japan).Snertilaus leysirprófari (NanoFocus µScan, Þýskalandi) skannaði slitmerkið með lóðréttri upplausn ±0,1 µm eftir z-ásnum og 5 µm meðfram x- og y-ásnum.Slitöryfirborðssniðkortið var búið til í Matlab® með því að nota x, y, z hnit sem fengust úr prófílmælingunum.Nokkrir lóðréttir slitbrautarsnið sem dregin eru út úr yfirborðssniðkortinu eru notuð til að reikna út slitrúmmálstap á slitbrautinni.Rúmmálstapið var reiknað sem afrakstur meðalþversniðsflatarmáls vírsniðsins og lengd slitlagsins og frekari upplýsingar um þessa aðferð hafa áður verið lýst af höfundum33.Héðan er sérstakur slithraði (k) fengin úr eftirfarandi formúlu:
Hér er V rúmmálstap vegna slits (mm3), W er beitt álag (N), L er rennivegalengd (mm) og k er sérstakur slithlutfall (mm3/Nm)34.Núningsgögn og yfirborðssniðkort fyrir HCMTS eru innifalin í viðbótarefni (viðbótarmynd S1 og mynd S2) til að bera saman HCMSS slithlutfall.
Í þessari rannsókn var þversniðs hörkukort af slitbrautinni notað til að sýna fram á plastaflögunarhegðun (þ.e. vinnuherðingu vegna snertiþrýstings) slitsvæðisins.Slípuðu sýnin voru skorin með áloxíðskurðarhjóli á skurðarvél (Struers Accutom-5, Austurríki) og slípuð með SiC sandpappírsstigum frá 240 til 4000 P eftir þykkt sýnanna.Örhörkumæling við 0,5 kgf 10 s og 0,1 mm fjarlægð í samræmi við ASTM E348-17.Prentin voru sett á 1,26 × 0,3 mm2 rétthyrnd rist um það bil 60 µm undir yfirborðinu (Mynd 1) og síðan var hörkukort gert með því að nota sérsniðna Matlab® kóða sem lýst er annars staðar35.Að auki var örbygging þversniðs slitsvæðisins skoðuð með SEM.
Skýringarmynd af slitmerkinu sem sýnir staðsetningu þversniðsins (a) og sjónræn smámynd af hörkukortinu sem sýnir merkið sem auðkennt er í þversniðinu (b).
Örbygging HCMSS meðhöndluð með ELP samanstendur af einsleitu karbíðneti umkringt fylki (mynd 2a, b).EDX greining sýndi að grá og dökk karbíð voru króm- og vanadíumrík karbíð, í sömu röð (tafla 1).Reiknað út frá myndgreiningu er rúmmálshlutfall karbíða áætlað að vera ~22,5% (~18,2% hátt krómkarbíð og ~4,3% hátt vanadínkarbíð).Meðalkornastærðir með staðalfrávikum eru 0,64 ± 0,2 µm og 1,84 ± 0,4 µm fyrir V- og Cr-rík karbíð, í sömu röð (Mynd 2c, d).Hátt V karbíð hafa tilhneigingu til að vera kringlóttari með lögunarstuðul (±SD) sem er um það bil 0,88±0,03 vegna þess að lögunarstuðlargildi nálægt 1 samsvara kringlóttum karbíðum.Aftur á móti eru há krómkarbíð ekki fullkomlega kringlótt, með lögunarstuðul um 0,56 ± 0,01, sem gæti stafað af þéttingu.Martensít (α, bcc) og varðveitt austenít (γ', fcc) diffrunartoppar greindust á HCMSS röntgenmyndamynstri eins og sýnt er á mynd 2e.Að auki sýnir röntgenmynstrið tilvist aukakarbíða.Há krómkarbíð hafa verið auðkennd sem karbíð af gerðinni M3C2 og M23C6.Samkvæmt gögnum í bókmenntum voru 36,37,38 dreifingartoppar VC-karbíða skráðir við ≈43° og 63°, sem bendir til þess að VC topparnir hafi verið dulaðir af M23C6 toppum krómríkra karbíða (Mynd 2e).
Örbygging úr martensitic ryðfríu stáli með miklu kolefni sem er meðhöndlað með EBL (a) við litla stækkun og (b) við mikla stækkun, sýnir króm- og vanadínrík karbíð og ryðfrítt stál fylki (rafeindabakdreifingarstilling).Súlurit sem sýna kornastærðardreifingu krómríkra (c) og vanadínríkra (d) karbíða.Röntgenmynstrið sýnir nærveru martensíts, afhalds austeníts og karbíða í örbyggingunni (d).
Meðal örhörku er 625,7 + 7,5 HV5, sem sýnir tiltölulega mikla hörku miðað við hefðbundið unnið martensitic ryðfrítt stál (450 HV)1 án hitameðhöndlunar.Sagt er að nanóinndráttarhörku hár V-karbíða og hár-Cr-karbíða sé á milli 12 og 32,5 GPa39 og 13–22 GPa40, í sömu röð.Þannig er mikil hörku HCMSS meðhöndluð með ELP vegna mikils kolefnisinnihalds, sem stuðlar að myndun karbíðnets.Þannig sýnir HSMSS meðhöndlað með ELP góða örbyggingareiginleika og hörku án frekari eftirhitunarmeðferðar.
Ferlar fyrir meðalnúnistuðul (CoF) fyrir sýni við 3 N og 10 N eru sýndar á mynd 3, svið lágmarks- og hámarks núningsgilda er merkt með hálfgagnsærri skyggingu.Hver ferill sýnir innkeyrslufasa og jafnvægisfasa.Innkeyrslufasinn endar við 1,2 m með CoF (±SD) 0,41 ± 0,24,3 N og við 3,7 m með CoF upp á 0,71 ± 0,16,10 N, áður en hann fer í fasastöðugleika þegar núningur hættir.breytist ekki fljótt.Vegna lítils snertiflöturs og grófrar plastaflögunar í upphafi jókst núningskrafturinn hratt á innkeyrslustigi við 3 N og 10 N, þar sem meiri núningskraftur og lengri rennavegalengd varð við 10 N, sem gæti stafað af til þess að borið saman við 3 N eru yfirborðsskemmdir meiri.Fyrir 3 N og 10 N eru CoF gildin í kyrrstöðu 0,78 ± 0,05 og 0,67 ± 0,01, í sömu röð.CoF er nánast stöðugt við 10 N og eykst smám saman við 3 N. Í takmörkuðum bókmenntum er CoF fyrir L-PBF meðhöndlaða ryðfríu stáli samanborið við keramik hvarfhluta við lágt álag á bilinu 0,5 til 0,728, 20, 42, sem er í gott samræmi við mæld CoF gildi í þessari rannsókn.Lækkun á CoF með auknu álagi í jafnvægi (um 14,1%) má rekja til yfirborðsrýrnunar sem á sér stað á snertifleti slitna yfirborðsins og hliðstæðunnar, sem verður nánar fjallað um í næsta kafla með greiningu á yfirborði yfirborðsins. slitin sýni.
Núningsstuðlar VSMSS sýna sem eru meðhöndluð með ELP á rennubrautum við 3 N og 10 N, kyrrstæður fasi er merktur fyrir hvern feril.
Sérstakur slithraði HKMS (625,7 HV) er áætlaður 6,56 ± 0,33 × 10–6 mm3/Nm og 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm við 3 N og 10 N, í sömu röð (mynd . 4).Þannig eykst slithraðinn með auknu álagi, sem er í góðu samræmi við fyrirliggjandi rannsóknir á austeníti meðhöndlað með L-PBF og PH SS17,43.Við sömu ættfræðiaðstæður er slithraðinn við 3 N um það bil fimmtungur af því fyrir austenítískt ryðfrítt stál sem er meðhöndlað með L-PBF (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), eins og í fyrra tilvikinu. .8. Að auki var slithraði HCMSS við 3 N marktækt lægra en hefðbundið vélunnið austenítískt ryðfrítt stál og sérstaklega hærra en mjög jafntrópískt pressað stál (k = 4,20 ± 0,3 × 10–5 mm3)./Nm, 176 HV) og steypt (k = 4,70 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) vélunnið austenitískt ryðfrítt stál, 8, í sömu röð.Í samanburði við þessar rannsóknir í bókmenntum, er bætt slitþol HCMSS rakið til hás kolefnisinnihalds og myndaðs karbíðnets sem leiðir til meiri hörku en aukvinnt austenítískt ryðfrítt stál sem er venjulega unnið.Til frekari rannsókna á slithraða HCMSS sýnishorna var sýnishorn úr sams konar hákolefnis martensitic verkfærastáli (HCMTS) (með hörku 790 HV) prófað við svipaðar aðstæður (3 N og 10 N) til samanburðar;Viðbótarefni er HCMTS Surface Profile Map (viðbótarmynd S2).Slithraði HCMSS (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 mm3/Nm) er næstum sá sami og HCMTS við 3 N (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 mm3/Nm), sem gefur til kynna framúrskarandi slitþol .Þessir eiginleikar eru aðallega raknir til örbyggingareiginleika HCMSS (þ.e. hátt karbíðinnihald, stærð, lögun og dreifing karbíðagna í fylkinu, eins og lýst er í kafla 3.1).Eins og áður hefur verið greint frá31,44 hefur karbíðinnihaldið áhrif á breidd og dýpt slitsársins og gangverk örslípandi slits.Hins vegar er karbíðinnihaldið ófullnægjandi til að vernda mótið við 10 N, sem leiðir til aukins slits.Í eftirfarandi kafla er formgerð slityfirborðs og landslag notað til að útskýra undirliggjandi slit og aflögunarkerfi sem hafa áhrif á slithraða HCMSS.Við 10 N er slithraði VCMSS (k = 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm) hærra en VKMTS (k = 5,45 ± 0,69 × 10–6 mm3/Nm).Þvert á móti er þessi slithlutfall enn frekar hátt: við svipaðar prófunaraðstæður er slithraði húðunar sem byggir á krómi og stellíti lægri en HCMSS45,46.Að lokum, vegna mikillar hörku súrálsins (1500 HV), var slithraði pörunar hverfandi og merki um efnisflutning frá sýninu yfir á álkúlurnar fundust.
Sérstakt slit í ELR vinnslu á hákolefnis martensitic ryðfríu stáli (HMCSS), ELR vinnsla á hákolefnis martensitic verkfærastáli (HCMTS) og L-PBF, steypu og hár ísótrópísk pressun (HIP) vinnsla á austenitic ryðfríu stáli (316LSS) við mismunandi notkun hraða er hlaðinn.Dreifingarmyndin sýnir staðalfrávik mælinga.Gögn fyrir austenítískt ryðfrítt stál eru tekin úr 8.
Þó að harðgerðir eins og króm og stellít geti veitt betri slitþol en blönduð álkerfi, getur aukvinnsla (1) bætt örbyggingu, sérstaklega fyrir efni með fjölbreyttan þéttleika.aðgerðir á endahlutanum;og (3) sköpun nýrra yfirborðsforma eins og samþættra vökvafræðilegra legur.Að auki býður AM rúmfræðilegan sveigjanleika í hönnun.Þessi rannsókn er sérstaklega nýstárleg og mikilvæg þar sem það er mikilvægt að skýra sliteiginleika þessara nýþróuðu málmblöndur með EBM, sem núverandi bókmenntir eru mjög takmarkaðir fyrir.
Formgerð slitna yfirborðsins og formgerð slitnu sýnanna við 3 N eru sýnd á mynd.5, þar sem aðalslitbúnaðurinn er núningi og síðan oxun.Fyrst er stálundirlagið plastískt afmyndað og síðan fjarlægt til að mynda rifur 1 til 3 µm djúpar, eins og sýnt er á yfirborðssniðinu (mynd 5a).Vegna núningshitans sem myndast við samfellda renna, verður fjarlægt efni eftir á snertifleti ættfræðikerfisins og myndar ættbálkalag sem samanstendur af litlum eyjum af háu járnoxíði sem umlykur mikið króm- og vanadíumkarbíð (Mynd 5b og Tafla 2).), eins og einnig var greint frá fyrir austenítískt ryðfríu stáli meðhöndlað með L-PBF15,17.Á mynd.5c sýnir mikla oxun sem á sér stað í miðju slitörsins.Þannig er myndun núningslagsins auðveldað með eyðingu núningslagsins (þ.e. oxíðlagsins) (mynd 5f) eða brottnám efnis á sér stað á veikum svæðum innan örbyggingarinnar og flýtir þar með fyrir brottnám efnis.Í báðum tilfellum leiðir eyðilegging núningslagsins til myndunar slitvara við viðmótið, sem getur verið ástæðan fyrir tilhneigingu til hækkunar á CoF í jafnvægi 3N (mynd 3).Auk þess eru merki um þríþætt slit af völdum oxíða og lausra slitagna á slitlaginu, sem leiðir að lokum til þess að myndast örripur á undirlaginu (Mynd 5b, e)9,12,47.
Yfirborðssnið (a) og örmyndir (b–f) af slityfirborðsformgerð ryðfríu stáli með mikið kolefnismartensitic sem meðhöndlað er með ELP við 3 N, þversnið slitmerkis í kúariðuham (d) og sjónsmásjá á slitinu yfirborð við 3 N (g) súrálkúlur.
Slipbönd myndast á stálundirlaginu, sem gefur til kynna plastaflögun vegna slits (mynd 5e).Svipaðar niðurstöður fengust einnig í rannsókn á slithegðun SS47 austenítísks stáls sem var meðhöndlað með L-PBF.Endurstilling vanadíumríkra karbíða gefur einnig til kynna plastfræðilega aflögun stálgrunnsins við rennun (mynd 5e).Örmyndir af þversniði slitmerkisins sýna tilvist lítilla hringlaga hola umkringdar örsprungum (mynd 5d), sem geta stafað af of mikilli plastaflögun nálægt yfirborðinu.Efnisflutningur til áloxíðkúlanna var takmörkuð, en kúlurnar héldust ósnortnar (mynd 5g).
Breidd og slitdýpt sýnanna jókst með auknu álagi (við 10 N), eins og sýnt er á landslagskorti yfirborðs (mynd 6a).Núningur og oxun eru enn ríkjandi slitaðferðir og aukning á fjölda örripna á slitlaginu gefur til kynna að þríþætt slit eigi sér einnig stað við 10 N (mynd 6b).EDX greining sýndi myndun járnríkra oxíðeyja.Al topparnir í litrófinu staðfestu að flutningur efnisins frá mótaðila til sýnis átti sér stað við 10 N (mynd 6c og tafla 3), á meðan það sást ekki við 3 N (tafla 2).Þriggja líkama slit stafar af slitagnum frá oxíðeyjum og hliðstæðum, þar sem nákvæm EDX greining leiddi í ljós efnisflutning frá hliðstæðum (aukamynd S3 og Tafla S1).Þróun oxíðeyja tengist djúpum gryfjum, sem einnig sést í 3N (mynd 5).Sprungur og sundrun karbíða eiga sér stað aðallega í karbíðum ríkum af 10 N Cr (mynd 6e, f).Að auki flagna há V-karbíð og slitna á nærliggjandi fylki, sem aftur veldur þríþættu sliti.Gryfja sem var svipuð að stærð og lögun og háa V-karbíðið (merkt með rauðum hring) birtist einnig í þversniði brautarinnar (mynd 6d) (sjá stærð og lögun karbíðs. 3.1), sem gefur til kynna að háa V karbíð V getur flagnað af fylkinu við 10 N. Hringlaga lögun hár V-karbíða stuðlar að togaráhrifum, á meðan þéttum háum Cr-karbíðum er hætt við að sprunga (mynd 6e, f).Þessi bilunarhegðun gefur til kynna að fylkið hafi farið yfir getu sína til að standast plastaflögun og að örbyggingin veiti ekki nægjanlegan höggstyrk við 10 N. Lóðrétt sprunga undir yfirborðinu (mynd 6d) gefur til kynna hversu mikla plastaflögun sem verður við rennun.Þegar álagið eykst er flutningur á efni frá slitnu brautinni yfir á súrálkúluna (Mynd 6g), sem getur verið í jafnvægi við 10 N. Helsta ástæðan fyrir lækkun á CoF gildi (Mynd 3).
Yfirborðssnið (a) og örmyndir (b–f) af slitnu yfirborði yfirborðsmynda (b–f) úr martensitic ryðfríu stáli sem er meðhöndlað með EBA við 10 N, slitlagsþversnið í kúariðuham (d) og yfirborð sjónsmásjár af súrálkúlu við 10 N (g).
Við rennislit verður yfirborðið fyrir mótefnavöldum þrýsti- og klippiálagi, sem leiðir til verulegrar plastaflögunar undir slitnu yfirborðinu34,48,49.Þess vegna getur vinnuherðing átt sér stað undir yfirborðinu vegna plastaflögunar, sem hefur áhrif á slit og aflögunarkerfi sem ákvarða slithegðun efnis.Þess vegna var þversniðs hörkukortlagning (eins og lýst er í kafla 2.4) framkvæmd í þessari rannsókn til að ákvarða þróun plastaflögunarsvæðis (PDZ) fyrir neðan slitbrautina sem fall af álagi.Þar sem, eins og fram kemur í fyrri köflum, sáust greinileg merki um plastaflögun fyrir neðan slitsporið (mynd 5d, 6d), sérstaklega við 10 N.
Á mynd.Mynd 7 sýnir þverskurðar hörku skýringarmyndir af slitmerkjum HCMSS meðhöndluð með ELP við 3 N og 10 N. Þess má geta að þessi hörkugildi voru notuð sem vísir til að meta áhrif vinnuherðingar.Breytingin á hörku undir slitmerkinu er úr 667 í 672 HV við 3 N (Mynd 7a), sem gefur til kynna að vinnuherðingin sé hverfandi.Væntanlega, vegna lítillar upplausnar á örhörkukortinu (þ.e. fjarlægðin á milli merkjanna), gat beitt hörkumælingaraðferð ekki greint breytingar á hörku.Þvert á móti sáust PDZ svæði með hörkugildi frá 677 til 686 HV með hámarksdýpt 118 µm og lengd 488 µm við 10 N (mynd 7b), sem er í samræmi við breidd slitlagsins ( mynd 6a)).Svipuð gögn um PDZ stærðarbreytingar með álagi fundust í slitrannsókn á SS47 sem var meðhöndlað með L-PBF.Niðurstöðurnar sýna að tilvist varðveitts austeníts hefur áhrif á sveigjanleika stáls 3, 12, 50 sem eru tilbúið með aukefnum, og austenít sem varðveitt er umbreytist í martensít við plastaflögun (plastáhrif fasabreytingar), sem eykur vinnuherðingu stálsins.stál 51. Þar sem VCMSS sýnishornið innihélt varðveitt austenít í samræmi við röntgengeislunarmynstrið sem fjallað var um áðan (Mynd 2e), var lagt til að austenít sem varðveitt var í örbyggingunni gæti breyst í martensít við snertingu og þar með aukið hörku PDZ ( mynd 7b).Að auki bendir myndun sleða sem á sér stað á slitbrautinni (mynd 5e, 6f) einnig til plastaflögunar sem stafar af losunarskriði undir áhrifum skurðspennu við rennisnertingu.Hins vegar var skurðspennan, sem framkallað var við 3 N, ófullnægjandi til að framleiða háan losunarþéttleika eða umbreytingu afhalds austeníts í martensít sem sást með aðferðinni sem notuð var, þannig að vinnuherðing sást aðeins við 10 N (Mynd 7b).
Skýringarmyndir um hörku í þversnið af slitsporum úr martensítískum ryðfríu stáli með háum kolefnisstáli sem hafa verið beitt rafhleðsluvinnslu við 3 N (a) og 10 N (b).
Þessi rannsókn sýnir slithegðun og örbyggingareiginleika nýs martensitic ryðfríu stáls með háu kolefni sem er meðhöndlað með ELR.Gerðar voru þurrslitprófanir í rennibraut undir margvíslegu álagi og slitin sýni skoðuð með rafeindasmásjá, leysiprófílmæli og hörkukortum af þversniðum slitspora.
Örbyggingargreining leiddi í ljós jafna dreifingu karbíða með hátt innihald króms (~18,2% karbíða) og vanadíums (~4,3% karbíða) í fylki martensíts og varðveislu austeníts með tiltölulega mikilli örhörku.Ríkjandi slitaðferðir eru slit og oxun við lágt álag, en þríþætt slit af völdum teygðra há-V karbíða og oxíðs með lausum kornum stuðlar einnig að sliti við aukið álag.Slithraðinn er betri en L-PBF og hefðbundið vélunnið austenitískt ryðfrítt stál, og jafnvel svipað og EBM vélað verkfærastál við lágt álag.CoF gildið lækkar með auknu álagi vegna flutnings efnis í gagnstæða líkamann.Með því að nota þversniðs hörku kortlagningaraðferðina er plastaflögunarsvæðið sýnt fyrir neðan slitmerkið.Hægt er að kanna frekar mögulega kornafínun og fasaskipti í fylkinu með því að nota rafeindabakdreifingardreifingu til að skilja betur áhrif vinnuherðingar.Lág upplausn örhörkukortsins leyfir ekki sjónræna hörku slitsvæðis við lágt álag, þannig að nanóinndráttur getur veitt meiri upplausn hörkubreytingar með sömu aðferð.
Þessi rannsókn kynnir í fyrsta skipti yfirgripsmikla greiningu á slitþol og núningseiginleikum nýs martensitic ryðfríu stáls sem er meðhöndlað með ELR.Miðað við rúmfræðilegt hönnunarfrelsi AM og möguleikann á að draga úr vinnsluskrefum með AM, gætu þessar rannsóknir rutt brautina fyrir framleiðslu þessa nýja efnis og notkun þess í slitatengdum tækjum frá skaftum til plastsprautumóta með flókinni kælirás.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, bindi.255 (American Society of Aeronautics and Astronautics, 2018).
Bajaj, P. o.fl.Stál í aukefnaframleiðslu: endurskoðun á örbyggingu þess og eiginleikum.alma mater.vísindin.verkefni.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. og Passeggio, F. Skemmdir á slityfirborði EN 3358 ryðfríu stáli loftrýmisíhluta við að renna.Bræðralag.Ed.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. o.fl.Aukaframleiðsla málmhluta – ferli, uppbygging og árangur.forritun.alma mater.vísindin.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. og Emmelmann S. Framleiðsla á málmaaukefnum.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM International.Staðlað hugtök fyrir aukefnaframleiðslutækni.Fljótleg framleiðsla.Aðstoðar prófessor.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. o.fl.Vélrænir og ættfræðilegir eiginleikar 316L ryðfríu stáli - samanburður á sértækri leysibræðslu, heitpressun og hefðbundinni steypu.Bæta við.framleiðanda.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., og Pham, MS Örbyggingarframlag til viðbótarframleidda 316L ryðfríu stáli, þurrrennibrautarbúnaði og anisotropy.alma mater.des.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. og Tatlock GJ. Vélræn viðbrögð og aflögunaraðferðir á stálvirkjum hert með járnoxíðdreifingu sem fæst með sértækri leysisbræðslu.tímarit.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI og Akhtar, F. Hærri röð vélrænni styrkur eftir hitameðhöndlun SLM 2507 við stofuhita og hækkað hitastig, aðstoðað af harðri/sveigjanlegri sigma-úrkomu.Málmur (Basel).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., og Li, S. Örbygging, eftirhitaviðbrögð og ættfræðieiginleikar þrívíddarprentaðs 17-4 PH ryðfríu stáli.Klæddur 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y. og Zhang, L. Þéttingarhegðun, þróun örbyggingar og vélrænni eiginleikar TiC/AISI420 ryðfríu stáli samsettra efna sem framleiddir eru með sértækri leysisbræðslu.alma mater.des.187, 1–13 (2020).
Zhao X. o.fl.Framleiðsla og lýsing á AISI 420 ryðfríu stáli með sértækri leysibræðslu.alma mater.framleiðanda.ferli.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. og Alrbey K. Rennibrautareiginleikar og tæringarhegðun sértækrar leysibráðnunar á 316L ryðfríu stáli.J. Alma mater.verkefni.framkvæma.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. o.fl.Núningur og slit á ryðfríu stáli með duftbeði undir olíusmurningu [J].Tribiol.innri 104, 183–190 (2016).