Terima kasih kerana melawat Nature.com.Anda menggunakan versi penyemak imbas dengan sokongan CSS terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Di samping itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami menunjukkan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Peluncur menunjukkan tiga artikel setiap slaid.Gunakan butang belakang dan seterusnya untuk bergerak melalui slaid, atau butang pengawal slaid di hujung untuk bergerak melalui setiap slaid.

ASTM A240 304 316 Plat Tebal Sederhana Keluli Tahan Karat Boleh Dipotong Dan Disesuaikan Harga Kilang China

Gred Bahan: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Jenis: Feritik, Austenit, Martensit, Dupleks
Teknologi: Canai Sejuk dan Canai Panas
Persijilan: ISO9001, CE, SGS setiap tahun
Perkhidmatan: Ujian pihak ketiga
Penghantaran: dalam masa 10-15 hari atau mempertimbangkan kuantiti

Keluli tahan karat ialah aloi besi yang mempunyai kandungan Kromium minimum 10.5 peratus.Kandungan Chromium menghasilkan filem oksida kromium nipis pada permukaan keluli yang dipanggil lapisan pempasifan.Lapisan ini menghalang kakisan daripada berlaku pada permukaan keluli;lebih besar jumlah Chromium dalam keluli, lebih besar rintangan kakisan.

Keluli itu juga mengandungi pelbagai jumlah unsur lain seperti Karbon, Silikon dan Mangan.Elemen lain boleh ditambah untuk meningkatkan rintangan kakisan (Nikel) dan kebolehbentukan (Molibdenum).

Kelakuan keluli tahan karat martensit karbon tinggi (HCMSS) yang terdiri daripada kira-kira 22.5 vol.% karbida dengan kandungan kromium (Cr) dan vanadium (V) yang tinggi, telah ditetapkan oleh peleburan rasuk elektron (EBM).Struktur mikro terdiri daripada fasa martensit dan sisa austenit, submikron tinggi V dan mikron tinggi Cr karbida diagihkan sama rata, dan kekerasannya agak tinggi.CoF berkurangan kira-kira 14.1% dengan peningkatan beban keadaan mantap akibat pemindahan bahan dari trek haus ke badan lawan.Berbanding dengan keluli alat martensit yang dirawat dengan cara yang sama, kadar haus HCMSS hampir sama pada beban gunaan yang rendah.Mekanisme haus yang dominan ialah penyingkiran matriks keluli melalui lelasan diikuti dengan pengoksidaan trek haus, manakala haus pelelas tiga komponen berlaku dengan peningkatan beban.Kawasan ubah bentuk plastik di bawah parut haus dikenal pasti melalui pemetaan kekerasan keratan rentas.Fenomena khusus yang berlaku apabila keadaan haus meningkat digambarkan sebagai keretakan karbida, koyak vanadium karbida tinggi dan keretakan mati.Penyelidikan ini memberi penerangan tentang ciri haus pembuatan aditif HCMSS, yang boleh membuka jalan kepada pengeluaran komponen EBM untuk aplikasi haus daripada aci kepada acuan suntikan plastik.
Keluli tahan karat (SS) ialah keluarga keluli serba boleh yang digunakan secara meluas dalam aeroangkasa, automotif, makanan dan banyak aplikasi lain kerana rintangan kakisan yang tinggi dan sifat mekanikal yang sesuai1,2,3.Rintangan kakisan yang tinggi adalah disebabkan oleh kandungan kromium yang tinggi (lebih daripada 11.5 wt. %) dalam HC, yang menyumbang kepada pembentukan filem oksida dengan kandungan kromium yang tinggi pada permukaan1.Walau bagaimanapun, kebanyakan gred keluli tahan karat mempunyai kandungan karbon yang rendah dan oleh itu mempunyai kekerasan dan rintangan haus yang terhad, menyebabkan hayat perkhidmatan berkurangan dalam peranti berkaitan haus seperti komponen pendaratan aeroangkasa4.Biasanya mereka mempunyai kekerasan yang rendah (dalam julat 180 hingga 450 HV), hanya beberapa keluli tahan karat martensit yang dirawat haba mempunyai kekerasan yang tinggi (sehingga 700 HV) dan kandungan karbon tinggi (sehingga 1.2 wt%), yang boleh menyumbang kepada pembentukan martensit.1. Ringkasnya, kandungan karbon yang tinggi merendahkan suhu transformasi martensit, membolehkan pembentukan struktur mikro martensit sepenuhnya dan pemerolehan struktur mikro tahan haus pada kadar penyejukan yang tinggi.Fasa keras (cth, karbida) boleh ditambah pada matriks keluli untuk meningkatkan lagi rintangan haus acuan.
Pengenalan pembuatan aditif (AM) boleh menghasilkan bahan baharu dengan komposisi yang dikehendaki, ciri mikrostruktur, dan sifat mekanikal yang unggul5,6.Contohnya, peleburan katil serbuk (PBF), salah satu proses kimpalan aditif yang paling dikomersialkan, melibatkan pemendapan serbuk pra-aloi untuk membentuk bahagian yang berbentuk rapat dengan mencairkan serbuk menggunakan sumber haba seperti laser atau sinar elektron7.Beberapa kajian telah menunjukkan bahawa bahagian keluli tahan karat yang dimesin secara tambahan boleh mengatasi bahagian yang dibuat secara tradisional.Sebagai contoh, keluli tahan karat austenit yang tertakluk kepada pemprosesan aditif telah ditunjukkan mempunyai sifat mekanikal yang unggul kerana struktur mikronya yang lebih halus (iaitu, hubungan Hall-Petch)3,8,9.Rawatan haba keluli tahan karat ferit yang dirawat AM menghasilkan mendakan tambahan yang memberikan sifat mekanikal yang serupa dengan rakan sejawatannya yang konvensional3,10.Keluli tahan karat dwi fasa yang diguna pakai dengan kekuatan dan kekerasan tinggi, diproses dengan pemprosesan tambahan, di mana sifat mekanikal yang dipertingkatkan disebabkan oleh fasa antara logam yang kaya dengan kromium dalam struktur mikro11.Selain itu, sifat mekanikal yang dipertingkatkan bagi keluli tahan karat martensit yang dikeraskan aditif dan PH boleh diperoleh dengan mengawal austenit tertahan dalam struktur mikro dan mengoptimumkan parameter pemesinan dan rawatan haba 3,12,13,14.
Sehingga kini, sifat tribologi keluli tahan karat austenit AM telah mendapat lebih perhatian daripada keluli tahan karat lain.Tingkah laku tribologi lebur laser dalam lapisan serbuk (L-PBF) yang dirawat dengan 316L telah dikaji sebagai fungsi parameter pemprosesan AM.Telah ditunjukkan bahawa meminimumkan keliangan dengan mengurangkan kelajuan pengimbasan atau meningkatkan kuasa laser boleh meningkatkan rintangan haus15,16.Li et al.17 menguji haus gelongsor kering di bawah pelbagai parameter (beban, kekerapan dan suhu) dan menunjukkan bahawa haus suhu bilik adalah mekanisme haus utama, sambil meningkatkan kelajuan dan suhu gelongsor menggalakkan pengoksidaan.Lapisan oksida yang terhasil memastikan operasi galas, geseran berkurangan dengan peningkatan suhu, dan kadar haus meningkat pada suhu yang lebih tinggi.Dalam kajian lain, penambahan zarah TiC18, TiB219, dan SiC20 pada matriks 316L yang dirawat L-PBF meningkatkan rintangan haus dengan membentuk lapisan geseran yang dikeraskan kerja padat dengan peningkatan pecahan volum zarah keras.Lapisan oksida pelindung juga telah diperhatikan dalam keluli PH dirawat L-PBF12 dan keluli dupleks SS11, menunjukkan bahawa mengehadkan austenit tertahan melalui rawatan selepas haba12 boleh meningkatkan rintangan haus.Seperti yang diringkaskan di sini, kesusasteraan tertumpu terutamanya pada prestasi tribologi siri 316L SS, manakala terdapat sedikit data tentang prestasi tribologi bagi siri keluli tahan karat buatan aditif martensitik dengan kandungan karbon yang jauh lebih tinggi.
Peleburan Rasuk Elektron (EBM) adalah teknik yang serupa dengan L-PBF yang mampu membentuk struktur mikro dengan karbida refraktori seperti vanadium tinggi dan karbida kromium kerana keupayaannya mencapai suhu yang lebih tinggi dan kadar imbasan 21, 22. Kesusasteraan sedia ada mengenai pemprosesan EBM bahan tahan karat keluli tertumpu terutamanya pada penentuan parameter pemprosesan ELM yang optimum untuk mendapatkan struktur mikro tanpa retak dan liang serta menambah baik sifat mekanikal23, 24, 25, 26, sambil bekerja pada sifat tribologi keluli tahan karat yang dirawat EBM.Setakat ini, mekanisme haus keluli tahan karat martensit karbon tinggi yang dirawat dengan ELR telah dikaji dalam keadaan terhad, dan ubah bentuk plastik yang teruk telah dilaporkan berlaku di bawah keadaan kasar (ujian kertas pasir), kering, dan keadaan hakisan lumpur27.
Kajian ini menyiasat rintangan haus dan sifat geseran keluli tahan karat martensit karbon tinggi yang dirawat dengan ELR di bawah keadaan gelongsor kering yang diterangkan di bawah.Pertama, ciri mikrostruktur dicirikan menggunakan mikroskop elektron pengimbasan (SEM), spektroskopi sinar-X penyebaran tenaga (EDX), pembelauan sinar-X dan analisis imej.Data yang diperoleh dengan kaedah ini kemudiannya digunakan sebagai asas untuk pemerhatian tingkah laku tribologi melalui ujian salingan kering di bawah pelbagai beban, dan akhirnya morfologi permukaan yang haus diperiksa menggunakan SEM-EDX dan profilometer laser.Kadar haus telah dikira dan dibandingkan dengan keluli alat martensit yang dirawat sama.Ini dilakukan untuk mewujudkan asas untuk membandingkan sistem SS ini dengan sistem haus yang lebih biasa digunakan dengan jenis rawatan yang sama.Akhir sekali, peta keratan rentas laluan haus ditunjukkan menggunakan algoritma pemetaan kekerasan yang mendedahkan ubah bentuk plastik yang berlaku semasa sentuhan.Perlu diingatkan bahawa ujian tribologi untuk kajian ini dijalankan untuk lebih memahami sifat tribologi bahan baharu ini, dan bukan untuk mensimulasikan aplikasi tertentu.Kajian ini menyumbang kepada pemahaman yang lebih baik tentang sifat tribologi keluli tahan karat martensit yang dihasilkan secara tambahan untuk aplikasi haus yang memerlukan operasi dalam persekitaran yang keras.
Sampel keluli tahan karat martensit karbon tinggi (HCMSS) yang dirawat dengan ELR di bawah jenama Vibenite® 350 telah dibangunkan dan dibekalkan oleh VBN Components AB, Sweden.Komposisi kimia nominal sampel: 1.9 C, 20.0 Cr, 1.0 Mo, 4.0 V, 73.1 Fe (berat%).Pertama, spesimen gelongsor kering (40 mm × 20 mm × 5 mm) dibuat daripada spesimen segi empat tepat (42 mm × 22 mm × 7 mm) tanpa sebarang rawatan selepas haba menggunakan pemesinan nyahcas elektrik (EDM).Kemudian sampel dikisar secara berturut-turut dengan kertas pasir SiC dengan saiz butiran 240 hingga 2400 R untuk mendapatkan kekasaran permukaan (Ra) kira-kira 0.15 μm.Selain itu, spesimen keluli alat martensit karbon tinggi (HCMTS) dirawat EBM dengan komposisi kimia nominal 1.5 C, 4.0 Cr, 2.5 Mo, 2.5 W, 4.0 V, 85.5 Fe (berat .%) (dikenali secara komersial sebagai Vibenite® 150) Juga disediakan dengan cara yang sama.HCMTS mengandungi 8% karbida mengikut volum dan hanya digunakan untuk membandingkan data kadar haus HCMSS.
Pencirian mikrostruktur HCMSS telah dilakukan menggunakan SEM (FEI Quanta 250, USA) yang dilengkapi dengan pengesan X-ray (EDX) XMax80 penyebaran tenaga dari Oxford Instruments.Tiga fotomikrograf rawak yang mengandungi 3500 µm2 telah diambil dalam mod elektron berselerak belakang (BSE) dan kemudian dianalisis menggunakan analisis imej (ImageJ®)28 untuk menentukan pecahan kawasan (iaitu pecahan isipadu), saiz dan bentuk.Oleh kerana morfologi ciri yang diperhatikan, pecahan luas diambil sama dengan pecahan isipadu.Di samping itu, faktor bentuk karbida dikira menggunakan persamaan faktor bentuk (Shfa):
Di sini Ai ialah luas karbida (µm2) dan Pi ialah perimeter karbida (µm)29.Untuk mengenal pasti fasa, pembelauan sinar-X serbuk (XRD) dilakukan menggunakan difraktometer sinar-X (Bruker D8 Discover dengan pengesan jalur 1D LynxEye) dengan sinaran Co-Kα (λ = 1.79026 Å).Imbas sampel pada julat 2θ dari 35° hingga 130° dengan saiz langkah 0.02° dan masa langkah 2 saat.Data XRD dianalisis menggunakan perisian Diffract.EVA, yang mengemas kini pangkalan data kristalografi pada tahun 2021. Selain itu, penguji kekerasan Vickers (Struers Durascan 80, Austria) digunakan untuk menentukan kekerasan mikro.Menurut piawaian ASTM E384-17 30, 30 cetakan dibuat pada sampel yang disediakan secara metalografi dalam kenaikan 0.35 mm selama 10 saat pada 5 kgf.Penulis sebelum ini telah mencirikan ciri mikrostruktur HCMTS31.
Tribolameter plat bola (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, USA) digunakan untuk melakukan ujian haus salingan kering, yang konfigurasinya diperincikan di tempat lain31.Parameter ujian adalah seperti berikut: mengikut standard 32 ASTM G133-05, beban 3 N, frekuensi 1 Hz, lejang 3 mm, tempoh 1 jam.Bola aluminium oksida (Al2O3, kelas ketepatan 28/ISO 3290) dengan diameter 10 mm dengan kekerasan makro kira-kira 1500 HV dan kekasaran permukaan (Ra) kira-kira 0.05 µm, yang disediakan oleh Redhill Precision, Republik Czech, digunakan sebagai pengimbang. .Pengimbangan dipilih untuk mengelakkan kesan pengoksidaan yang boleh berlaku akibat pengimbangan dan untuk lebih memahami mekanisme haus spesimen di bawah keadaan haus yang teruk.Perlu diingatkan bahawa parameter ujian adalah sama seperti dalam Ruj.8 untuk membandingkan data kadar haus dengan kajian sedia ada.Di samping itu, satu siri ujian salingan dengan beban 10 N telah dijalankan untuk mengesahkan prestasi tribologi pada beban yang lebih tinggi, manakala parameter ujian lain kekal malar.Tekanan sentuhan awal mengikut Hertz ialah 7.7 MPa dan 11.5 MPa pada 3 N dan 10 N, masing-masing.Semasa ujian haus, daya geseran direkodkan pada frekuensi 45 Hz dan pekali geseran purata (CoF) dikira.Bagi setiap beban, tiga ukuran diambil di bawah keadaan ambien.
Trajektori haus telah diperiksa menggunakan SEM yang diterangkan di atas, dan analisis EMF dilakukan menggunakan perisian analisis permukaan haus Aztec Acquisition.Permukaan haus kubus berpasangan diperiksa menggunakan mikroskop optik (Keyence VHX-5000, Jepun).Pemprofil laser bukan sentuhan (NanoFocus µScan, Jerman) mengimbas tanda haus dengan resolusi menegak ±0.1 µm di sepanjang paksi z dan 5 µm di sepanjang paksi x dan y.Peta profil permukaan parut haus telah dicipta dalam Matlab® menggunakan koordinat x, y, z yang diperoleh daripada ukuran profil.Beberapa profil laluan haus menegak yang diekstrak daripada peta profil permukaan digunakan untuk mengira kehilangan volum haus pada laluan haus.Kehilangan volum dikira sebagai hasil daripada purata luas keratan rentas profil wayar dan panjang trek haus, dan butiran tambahan kaedah ini telah diterangkan sebelum ini oleh pengarang33.Dari sini, kadar haus khusus (k) diperoleh daripada formula berikut:
Di sini V ialah kehilangan isipadu akibat haus (mm3), W ialah beban yang dikenakan (N), L ialah jarak gelongsor (mm), dan k ialah kadar haus tertentu (mm3/Nm)34.Data geseran dan peta profil permukaan untuk HCMTS disertakan dalam bahan tambahan (Tambahan Rajah S1 dan Rajah S2) untuk membandingkan kadar haus HCMSS.
Dalam kajian ini, peta kekerasan keratan rentas laluan haus digunakan untuk menunjukkan tingkah laku ubah bentuk plastik (iaitu pengerasan kerja akibat tekanan sentuhan) zon haus.Sampel yang digilap dipotong dengan roda pemotong aluminium oksida pada mesin pemotong (Struers Accutom-5, Austria) dan digilap dengan gred kertas pasir SiC dari 240 hingga 4000 P sepanjang ketebalan sampel.Pengukuran kekerasan mikro pada 0.5 kgf 10 s dan jarak 0.1 mm mengikut ASTM E348-17.Cetakan diletakkan pada grid segi empat tepat 1.26 × 0.3 mm2 kira-kira 60 µm di bawah permukaan (Rajah 1) dan kemudian peta kekerasan telah diberikan menggunakan kod Matlab® tersuai yang diterangkan di tempat lain35.Di samping itu, struktur mikro keratan rentas zon haus telah diperiksa menggunakan SEM.
Skema tanda haus menunjukkan lokasi keratan rentas (a) dan mikrograf optik peta kekerasan yang menunjukkan tanda yang dikenal pasti dalam keratan rentas (b).
Struktur mikro HCMSS dirawat dengan ELP terdiri daripada rangkaian karbida homogen yang dikelilingi oleh matriks (Rajah 2a, b).Analisis EDX menunjukkan bahawa karbida kelabu dan gelap adalah karbida kaya kromium dan vanadium (Jadual 1).Dikira daripada analisis imej, pecahan isipadu karbida dianggarkan ~22.5% (~18.2% karbida kromium tinggi dan ~4.3% karbida vanadium tinggi).Saiz butiran purata dengan sisihan piawai ialah 0.64 ± 0.2 µm dan 1.84 ± 0.4 µm untuk karbida kaya V dan Cr (Rajah 2c, d).Karbida V tinggi cenderung lebih bulat dengan faktor bentuk (± SD) kira-kira 0.88±0.03 kerana nilai faktor bentuk hampir 1 sepadan dengan karbida bulat.Sebaliknya, karbida kromium tinggi tidak bulat sempurna, dengan faktor bentuk kira-kira 0.56 ± 0.01, yang mungkin disebabkan oleh penggumpalan.Puncak difraksi martensit (α, bcc) dan austenit tertahan (γ', fcc) telah dikesan pada corak sinar-X HCMSS seperti ditunjukkan dalam Rajah 2e.Di samping itu, corak sinar-X menunjukkan kehadiran karbida sekunder.Karbida kromium tinggi telah dikenal pasti sebagai karbida jenis M3C2 dan M23C6.Menurut data literatur, 36,37,38 puncak pembelauan karbida VC telah direkodkan pada ≈43° dan 63°, menunjukkan bahawa puncak VC telah ditutup oleh puncak M23C6 karbida kaya kromium (Rajah 2e).
Struktur mikro keluli tahan karat martensit karbon tinggi dirawat dengan EBL (a) pada pembesaran rendah dan (b) pada pembesaran tinggi, menunjukkan karbida kaya kromium dan vanadium dan matriks keluli tahan karat (mod penyerakan belakang elektron).Graf bar menunjukkan taburan saiz butiran karbida kaya kromium (c) dan kaya vanadium (d).Corak sinar-X menunjukkan kehadiran martensit, austenit tertahan dan karbida dalam struktur mikro (d).
Kekerasan mikro purata ialah 625.7 + 7.5 HV5, menunjukkan kekerasan yang agak tinggi berbanding keluli tahan karat martensit yang diproses secara konvensional (450 HV)1 tanpa rawatan haba.Kekerasan nanoindentation bagi karbida V tinggi dan karbida Cr tinggi dilaporkan masing-masing antara 12 dan 32.5 GPa39 dan 13–22 GPa40.Oleh itu, kekerasan tinggi HCMSS yang dirawat dengan ELP adalah disebabkan oleh kandungan karbon yang tinggi, yang menggalakkan pembentukan rangkaian karbida.Oleh itu, HSMSS dirawat dengan ELP menunjukkan ciri-ciri mikrostruktur yang baik dan kekerasan tanpa sebarang rawatan pasca terma tambahan.
Lengkung purata pekali geseran (CoF) untuk sampel pada 3 N dan 10 N ditunjukkan dalam Rajah 3, julat nilai geseran minimum dan maksimum ditandakan dengan teduhan lut sinar.Setiap lengkung menunjukkan fasa larian masuk dan fasa keadaan mantap.Fasa larian masuk berakhir pada 1.2 m dengan CoF (± SD) 0.41 ± 0.24.3 N dan pada 3.7 m dengan CoF 0.71 ± 0.16.10 N, sebelum memasuki keadaan mantap fasa apabila geseran berhenti.tidak cepat berubah.Disebabkan oleh kawasan sentuhan yang kecil dan ubah bentuk plastik awal yang kasar, daya geseran meningkat dengan cepat semasa peringkat larian masuk pada 3 N dan 10 N, di mana daya geseran yang lebih tinggi dan jarak gelongsor yang lebih panjang berlaku pada 10 N, yang mungkin disebabkan kepada fakta bahawa Berbanding dengan 3 N, kerosakan permukaan adalah lebih tinggi.Untuk 3 N dan 10 N, nilai CoF dalam fasa pegun ialah 0.78 ± 0.05 dan 0.67 ± 0.01, masing-masing.CoF boleh dikatakan stabil pada 10 N dan meningkat secara beransur-ansur pada 3 N. Dalam literatur terhad, CoF L-PBF dirawat keluli tahan karat berbanding dengan badan tindak balas seramik pada beban gunaan rendah berjulat dari 0.5 hingga 0.728, 20, 42, iaitu dalam persetujuan yang baik dengan nilai CoF yang diukur dalam kajian ini.Pengurangan dalam CoF dengan peningkatan beban dalam keadaan mantap (kira-kira 14.1%) boleh dikaitkan dengan kemerosotan permukaan yang berlaku pada antara muka antara permukaan haus dan rakan sejawatannya, yang akan dibincangkan selanjutnya dalam bahagian seterusnya melalui analisis permukaan sampel yang dipakai.
Pekali geseran spesimen VSMSS dirawat dengan ELP pada laluan gelongsor pada 3 N dan 10 N, fasa pegun ditandakan untuk setiap lengkung.
Kadar haus khusus HKMS (625.7 HV) dianggarkan pada 6.56 ± 0.33 × 10–6 mm3/Nm dan 9.66 ± 0.37 × 10–6 mm3/Nm pada 3 N dan 10 N, masing-masing (Rajah 4).Oleh itu, kadar haus meningkat dengan peningkatan beban, yang sesuai dengan kajian sedia ada mengenai austenit yang dirawat dengan L-PBF dan PH SS17,43.Di bawah keadaan tribologi yang sama, kadar haus pada 3 N adalah kira-kira satu perlima daripada keluli tahan karat austenit yang dirawat dengan L-PBF (k = 3.50 ± 0.3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), seperti dalam kes sebelumnya .8. Di samping itu, kadar haus HCMSS pada 3 N adalah jauh lebih rendah daripada keluli tahan karat austenit yang dimesin secara konvensional dan, khususnya, lebih tinggi daripada yang ditekan sangat isotropik (k = 4.20 ± 0.3 × 10–5 mm3)./Nm, 176 HV) dan tuang (k = 4.70 ± 0.3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) masing-masing dimesin keluli tahan karat austenit, 8.Berbanding dengan kajian dalam literatur ini, rintangan haus HCMSS yang lebih baik dikaitkan dengan kandungan karbon yang tinggi dan rangkaian karbida yang terbentuk menghasilkan kekerasan yang lebih tinggi daripada keluli tahan karat austenit yang dimesin secara tambahan yang dimesin secara konvensional.Untuk mengkaji lebih lanjut kadar haus spesimen HCMSS, spesimen keluli alat martensitik karbon tinggi (HCMTS) yang dimesin serupa (dengan kekerasan 790 HV) telah diuji di bawah keadaan yang sama (3 N dan 10 N) untuk perbandingan;Bahan tambahan ialah Peta Profil Permukaan HCMTS (Rajah Tambahan S2).Kadar haus HCMSS (k = 6.56 ± 0.34 × 10–6 mm3/Nm) hampir sama dengan HCMTS pada 3 N (k = 6.65 ± 0.68 × 10–6 mm3/Nm), yang menunjukkan rintangan haus yang sangat baik .Ciri-ciri ini terutamanya dikaitkan dengan ciri mikrostruktur HCMSS (iaitu kandungan karbida tinggi, saiz, bentuk dan taburan zarah karbida dalam matriks, seperti yang diterangkan dalam Bahagian 3.1).Seperti yang dilaporkan sebelum ini31,44, kandungan karbida mempengaruhi lebar dan kedalaman parut haus dan mekanisme haus mikro-pelelas.Walau bagaimanapun, kandungan karbida tidak mencukupi untuk melindungi acuan pada 10 N, mengakibatkan peningkatan kehausan.Dalam bahagian berikut, morfologi permukaan haus dan topografi digunakan untuk menerangkan mekanisme haus dan ubah bentuk asas yang mempengaruhi kadar haus HCMSS.Pada 10 N, kadar haus VCMSS (k = 9.66 ± 0.37 × 10–6 mm3/Nm) adalah lebih tinggi daripada VKMTS (k = 5.45 ± 0.69 × 10–6 mm3/Nm).Sebaliknya, kadar haus ini masih agak tinggi: dalam keadaan ujian yang sama, kadar haus salutan berdasarkan kromium dan stellite adalah lebih rendah daripada HCMSS45,46.Akhirnya, disebabkan kekerasan alumina yang tinggi (1500 HV), kadar haus mengawan adalah diabaikan dan tanda-tanda pemindahan bahan dari spesimen ke bebola aluminium ditemui.
Haus khusus dalam pemesinan ELR keluli tahan karat martensit karbon tinggi (HMCSS), pemesinan ELR keluli alat martensit karbon tinggi (HCMTS) dan L-PBF, pemesinan tuangan dan penekanan isotropik tinggi (HIP) keluli tahan karat austenit (316LSS) pada pelbagai aplikasi kelajuan dimuatkan.Petak serakan menunjukkan sisihan piawai pengukuran.Data untuk keluli tahan karat austenit diambil daripada 8.
Walaupun hardfacings seperti kromium dan stellite boleh memberikan rintangan haus yang lebih baik daripada sistem aloi mesin tambahan, pemesinan aditif boleh (1) memperbaiki struktur mikro, terutamanya untuk bahan dengan pelbagai jenis ketumpatan.operasi pada bahagian akhir;dan (3) penciptaan topologi permukaan baharu seperti galas dinamik bendalir bersepadu.Di samping itu, AM menawarkan fleksibiliti reka bentuk geometri.Kajian ini sangat baru dan penting kerana ia adalah penting untuk menjelaskan ciri haus aloi logam yang baru dibangunkan ini dengan EBM, yang mana kesusasteraan semasa sangat terhad.
Morfologi permukaan haus dan morfologi sampel haus pada 3 N ditunjukkan dalam rajah.5, di mana mekanisme haus utama adalah lelasan diikuti dengan pengoksidaan.Pertama, substrat keluli dicacatkan secara plastik dan kemudian dikeluarkan untuk membentuk alur 1 hingga 3 µm dalam, seperti yang ditunjukkan dalam profil permukaan (Rajah 5a).Disebabkan oleh haba geseran yang dihasilkan oleh gelongsor berterusan, bahan yang dikeluarkan kekal di antara muka sistem tribologi, membentuk lapisan tribologi yang terdiri daripada pulau-pulau kecil oksida besi tinggi yang mengelilingi kromium tinggi dan karbida vanadium (Rajah 5b dan Jadual 2).), seperti yang juga dilaporkan untuk keluli tahan karat austenit yang dirawat dengan L-PBF15,17.Pada rajah.5c menunjukkan pengoksidaan sengit berlaku di tengah parut haus.Oleh itu, pembentukan lapisan geseran dipermudahkan oleh pemusnahan lapisan geseran (iaitu, lapisan oksida) (Rajah 5f) atau penyingkiran bahan berlaku di kawasan lemah dalam struktur mikro, dengan itu mempercepatkan penyingkiran bahan.Dalam kedua-dua kes, pemusnahan lapisan geseran membawa kepada pembentukan produk haus pada antara muka, yang mungkin menjadi sebab kecenderungan untuk peningkatan CoF dalam keadaan mantap 3N (Rajah 3).Selain itu, terdapat tanda-tanda haus tiga bahagian yang disebabkan oleh oksida dan zarah haus longgar pada landasan haus, yang akhirnya membawa kepada pembentukan calar mikro pada substrat (Rajah 5b, e)9,12,47.
Profil permukaan (a) dan fotomikrograf (b–f) morfologi permukaan haus keluli tahan karat martensit karbon tinggi yang dirawat dengan ELP pada 3 N, keratan rentas tanda haus dalam mod BSE (d) dan mikroskop optik haus permukaan pada 3 N (g) sfera alumina.
Jalur gelincir terbentuk pada substrat keluli, menunjukkan ubah bentuk plastik akibat haus (Rajah 5e).Keputusan yang sama juga diperolehi dalam kajian kelakuan haus keluli austenit SS47 yang dirawat dengan L-PBF.Pengorientasikan semula karbida yang kaya dengan vanadium juga menunjukkan ubah bentuk plastik matriks keluli semasa gelongsor (Rajah 5e).Mikrograf keratan rentas tanda haus menunjukkan kehadiran lubang bulat kecil yang dikelilingi oleh retakan mikro (Rajah 5d), yang mungkin disebabkan oleh ubah bentuk plastik yang berlebihan berhampiran permukaan.Pemindahan bahan ke sfera aluminium oksida adalah terhad, manakala sfera kekal utuh (Rajah 5g).
Lebar dan kedalaman haus sampel meningkat dengan peningkatan beban (pada 10 N), seperti yang ditunjukkan dalam peta topografi permukaan (Rajah 6a).Lelasan dan pengoksidaan masih merupakan mekanisme haus yang dominan, dan peningkatan bilangan calar mikro pada landasan haus menunjukkan bahawa haus tiga bahagian juga berlaku pada 10 N (Rajah 6b).Analisis EDX menunjukkan pembentukan pulau oksida yang kaya dengan besi.Puncak Al dalam spektrum mengesahkan bahawa pemindahan bahan daripada rakan niaga kepada sampel berlaku pada 10 N (Rajah 6c dan Jadual 3), manakala ia tidak diperhatikan pada 3 N (Jadual 2).Haus tiga badan disebabkan oleh zarah haus dari pulau oksida dan analog, di mana analisis EDX terperinci mendedahkan pemindahan bahan daripada analog (Tambahan Rajah S3 dan Jadual S1).Perkembangan pulau oksida dikaitkan dengan lubang dalam, yang juga diperhatikan dalam 3N (Rajah 5).Keretakan dan pemecahan karbida terutamanya berlaku dalam karbida yang kaya dengan 10 N Cr (Rajah 6e, f).Di samping itu, karbida V tinggi mengelupas dan memakai matriks sekeliling, yang seterusnya menyebabkan haus tiga bahagian.Lubang yang serupa dari segi saiz dan bentuk dengan karbida V tinggi (diserlahkan dalam bulatan merah) juga muncul dalam keratan rentas trek (Rajah 6d) (lihat analisis saiz dan bentuk karbida. 3.1), menunjukkan bahawa V tinggi karbida V boleh mengelupas matriks pada 10 N. Bentuk bulat karbida V tinggi menyumbang kepada kesan tarikan, manakala karbida Cr tinggi terkumpul terdedah kepada keretakan (Rajah 6e, f).Tingkah laku kegagalan ini menunjukkan bahawa matriks telah melebihi keupayaannya untuk menahan ubah bentuk plastik dan bahawa struktur mikro tidak memberikan kekuatan hentaman yang mencukupi pada 10 N. Keretakan menegak di bawah permukaan (Rajah 6d) menunjukkan keamatan ubah bentuk plastik yang berlaku semasa gelongsor.Apabila beban bertambah, terdapat pemindahan bahan dari trek haus ke bola alumina (Rajah 6g), yang boleh menjadi keadaan mantap pada 10 N. Sebab utama penurunan nilai CoF (Rajah 3).
Profil permukaan (a) dan fotomikrograf (b–f) topografi permukaan haus (b–f) keluli tahan karat martensit karbon tinggi yang dirawat dengan EBA pada 10 N, memakai keratan rentas trek dalam mod BSE (d) dan permukaan mikroskop optik sfera alumina pada 10 N (g).
Semasa haus gelongsor, permukaan tertakluk kepada tegasan mampatan dan ricih yang disebabkan oleh antibodi, mengakibatkan ubah bentuk plastik yang ketara di bawah permukaan haus34,48,49.Oleh itu, pengerasan kerja boleh berlaku di bawah permukaan akibat ubah bentuk plastik, menjejaskan mekanisme haus dan ubah bentuk yang menentukan tingkah laku haus sesuatu bahan.Oleh itu, pemetaan kekerasan keratan rentas (seperti yang diperincikan dalam Bahagian 2.4) telah dilakukan dalam kajian ini untuk menentukan pembangunan zon ubah bentuk plastik (PDZ) di bawah laluan haus sebagai fungsi beban.Oleh kerana, seperti yang dinyatakan dalam bahagian sebelumnya, tanda-tanda jelas ubah bentuk plastik telah diperhatikan di bawah kesan haus (Rajah 5d, 6d), terutamanya pada 10 N.
Pada rajah.Rajah 7 menunjukkan gambar rajah kekerasan keratan rentas tanda haus HCMSS yang dirawat dengan ELP pada 3 N dan 10 N. Perlu diingat bahawa nilai kekerasan ini digunakan sebagai indeks untuk menilai kesan pengerasan kerja.Perubahan kekerasan di bawah tanda haus adalah dari 667 hingga 672 HV pada 3 N (Rajah 7a), menunjukkan bahawa pengerasan kerja boleh diabaikan.Mungkin, disebabkan resolusi rendah peta kekerasan mikro (iaitu jarak antara tanda), kaedah pengukuran kekerasan yang digunakan tidak dapat mengesan perubahan dalam kekerasan.Sebaliknya, zon PDZ dengan nilai kekerasan dari 677 hingga 686 HV dengan kedalaman maksimum 118 µm dan panjang 488 µm diperhatikan pada 10 N (Rajah 7b), yang berkorelasi dengan lebar trek haus ( Rajah 6a)).Data yang sama tentang variasi saiz PDZ dengan beban ditemui dalam kajian haus pada SS47 yang dirawat dengan L-PBF.Keputusan menunjukkan bahawa kehadiran austenit tertahan mempengaruhi kemuluran keluli buatan tambahan 3, 12, 50, dan austenit tertahan berubah menjadi martensit semasa ubah bentuk plastik (kesan plastik perubahan fasa), yang meningkatkan pengerasan kerja keluli.keluli 51. Memandangkan sampel VCMSS mengandungi austenit tertahan mengikut corak pembelauan sinar-X yang dibincangkan sebelum ini (Rajah 2e), adalah dicadangkan bahawa austenit tertahan dalam struktur mikro boleh berubah menjadi martensit semasa sentuhan, dengan itu meningkatkan kekerasan PDZ ( Rajah 7b).Selain itu, pembentukan gelinciran yang berlaku pada landasan haus (Rajah 5e, 6f) juga menunjukkan ubah bentuk plastik yang disebabkan oleh gelinciran kehelan di bawah tindakan tegasan ricih pada sentuhan gelongsor.Walau bagaimanapun, tegasan ricih teraruh pada 3 N tidak mencukupi untuk menghasilkan ketumpatan terkehel yang tinggi atau perubahan austenit tertahan kepada martensit yang diperhatikan oleh kaedah yang digunakan, jadi pengerasan kerja diperhatikan hanya pada 10 N (Rajah 7b).
Gambar rajah kekerasan keratan rentas jejak haus keluli tahan karat martensit karbon tinggi yang tertakluk kepada pemesinan nyahcas elektrik pada 3 N (a) dan 10 N (b).
Kajian ini menunjukkan tingkah laku haus dan ciri mikrostruktur keluli tahan karat martensit karbon tinggi baharu yang dirawat dengan ELR.Ujian haus kering telah dijalankan dalam gelongsor di bawah pelbagai beban, dan sampel haus diperiksa menggunakan mikroskop elektron, profilometer laser dan peta kekerasan keratan rentas trek haus.
Analisis mikrostruktur mendedahkan taburan seragam karbida dengan kandungan kromium yang tinggi (~18.2% karbida) dan vanadium (~4.3% karbida) dalam matriks martensit dan austenit tertahan dengan kekerasan mikro yang agak tinggi.Mekanisme haus yang dominan ialah haus dan pengoksidaan pada beban rendah, manakala haus tiga badan yang disebabkan oleh karbida V tinggi yang diregang dan oksida bijirin longgar juga menyumbang kepada haus pada beban yang semakin meningkat.Kadar haus adalah lebih baik daripada L-PBF dan keluli tahan karat austenit bermesin konvensional, malah serupa dengan keluli alat mesin EBM pada beban rendah.Nilai CoF berkurangan dengan peningkatan beban disebabkan oleh pemindahan bahan ke badan bertentangan.Menggunakan kaedah pemetaan kekerasan keratan rentas, zon ubah bentuk plastik ditunjukkan di bawah tanda haus.Kemungkinan penghalusan butiran dan peralihan fasa dalam matriks boleh disiasat lebih lanjut menggunakan pembelauan serakan belakang elektron untuk lebih memahami kesan pengerasan kerja.Peleraian rendah peta microhardness tidak membenarkan visualisasi kekerasan zon haus pada beban terpakai rendah, jadi nanoindentation boleh memberikan perubahan kekerasan resolusi yang lebih tinggi menggunakan kaedah yang sama.
Kajian ini membentangkan buat pertama kalinya analisis komprehensif tentang rintangan haus dan sifat geseran bagi keluli tahan karat martensit karbon tinggi baharu yang dirawat dengan ELR.Memandangkan kebebasan reka bentuk geometri AM dan kemungkinan mengurangkan langkah pemesinan dengan AM, penyelidikan ini boleh membuka jalan untuk penghasilan bahan baharu ini dan penggunaannya dalam peranti berkaitan haus daripada aci ke acuan suntikan plastik dengan saluran penyejukan yang rumit.
Bhat, Bahan dan Aplikasi Aeroangkasa BN, jld.255 (Persatuan Aeronautik dan Astronautik Amerika, 2018).
Bajaj, P. et al.Keluli dalam pembuatan aditif: kajian semula struktur mikro dan sifatnya.almamater.Sains.projek.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. dan Passeggio, F. Kerosakan pada permukaan haus komponen aeroangkasa keluli tahan karat EN 3358 semasa gelongsor.persaudaraan.Ed.Integra Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. et al.Pembuatan Tambahan Komponen Logam – Proses, Struktur dan Prestasi.pengaturcaraan.almamater.Sains.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. dan Emmelmann S. Pengeluaran bahan tambahan logam.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM Antarabangsa.Terminologi standard untuk teknologi pembuatan aditif.Pengeluaran cepat.Penolong profesor.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.Sifat mekanikal dan tribologi keluli tahan karat 316L – perbandingan pencairan laser terpilih, penekanan panas dan tuangan konvensional.Tambah ke.pengilang.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., dan Pham, MS Sumbangan Mikrostruktur kepada Mekanisme Pakai Gelongsor Kering Keluli Tahan Karat 316L dan Anisotropi yang Difabrikasi Secara Tambahan.almamater.dec.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. dan Tatlock GJ Tindak balas mekanikal dan mekanisme ubah bentuk struktur keluli yang dikeraskan dengan penyebaran oksida besi yang diperolehi oleh peleburan laser terpilih.majalah.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI dan Akhtar, F. Kekuatan mekanikal urutan lebih tinggi selepas rawatan haba SLM 2507 pada suhu bilik dan tinggi, dibantu oleh pemendakan sigma keras/mulur.Logam (Basel).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., dan Li, S. Struktur mikro, tindak balas selepas haba dan sifat tribologi keluli tahan karat 17-4 PH cetakan 3D.Memakai 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., dan Zhang, L. Tingkah laku ketumpatan, evolusi mikrostruktur, dan sifat mekanikal komposit keluli tahan karat TiC/AISI420 yang direka oleh peleburan laser terpilih.almamater.dec.187, 1–13 (2020).
Zhao X. et al.Fabrikasi dan pencirian keluli tahan karat AISI 420 menggunakan peleburan laser terpilih.almamater.pengilang.proses.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. dan Alrbey K. Ciri haus gelongsor dan kelakuan kakisan peleburan laser terpilih keluli tahan karat 316L.J. Alma mater.projek.laksanakan.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. et al.Geseran dan haus keluli tahan karat katil serbuk di bawah pelinciran minyak [J].Tribiol.dalaman 104, 183–190 (2016).