از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون سبک و جاوا اسکریپت نشان می دهیم.
اسلایدرهایی که سه مقاله را در هر اسلاید نشان می دهند.برای حرکت در اسلایدها از دکمه های پشت و بعدی استفاده کنید یا از دکمه های کنترلر اسلاید در انتها برای حرکت در هر اسلاید استفاده کنید.

صفحه فولاد ضد زنگ ASTM A240 304 316 با ضخامت متوسط ​​قابل برش و سفارشی سازی قیمت کارخانه چین

درجه مواد: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
نوع: فریت، آستنیت، مارتنزیت، دوبلکس
تکنولوژی: نورد سرد و نورد گرم
گواهینامه ها: ISO9001، CE، SGS هر سال
خدمات: تست شخص ثالث
تحویل: ظرف 10-15 روز یا با توجه به مقدار

فولاد ضد زنگ آلیاژ آهنی است که حداقل محتوای کروم آن 10.5 درصد است.محتوای کروم یک لایه نازک اکسید کروم بر روی سطح فولاد تولید می کند که لایه غیرفعال نامیده می شود.این لایه از خوردگی روی سطح فولاد جلوگیری می کند.هر چه مقدار کروم در فولاد بیشتر باشد، مقاومت در برابر خوردگی بیشتر می شود.

فولاد همچنین حاوی مقادیر مختلفی از عناصر دیگر مانند کربن، سیلیکون و منگنز است.عناصر دیگری را می توان برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی (نیکل) و شکل پذیری (مولیبدن) اضافه کرد.

رفتار فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا (HCMSS) متشکل از تقریباً 22.5 جلد.درصد کاربیدها با محتوای بالای کروم (Cr) و وانادیم (V)، با ذوب پرتو الکترونی (EBM) ثابت شدند.ریزساختار از مارتنزیت و فازهای آستنیت باقیمانده تشکیل شده است، کاربیدهای زیر میکرون V بالا و میکرون بالا به طور مساوی توزیع شده اند و سختی نسبتاً بالا است.CoF تقریباً 14.1٪ با افزایش بار حالت پایدار به دلیل انتقال مواد از مسیر فرسوده به بدنه مقابل کاهش می یابد.در مقایسه با فولادهای ابزار مارتنزیتی که به روش مشابهی درمان می شوند، میزان سایش HCMSS در بارهای اعمال شده کم تقریباً یکسان است.مکانیسم سایش غالب حذف ماتریس فولادی با سایش و به دنبال اکسیداسیون مسیر سایش است، در حالی که سایش ساینده سه جزئی با افزایش بار رخ می دهد.نواحی تغییر شکل پلاستیک زیر اسکار سایش که با نقشه‌برداری سختی مقطعی مشخص شده‌اند.پدیده‌های خاصی که با افزایش شرایط سایش رخ می‌دهند به‌عنوان ترک‌خوردگی کاربید، پارگی بالای کاربید وانادیوم و ترک خوردن قالب توصیف می‌شوند.این تحقیق ویژگی های سایش تولید افزودنی HCMSS را روشن می کند، که می تواند راه را برای تولید اجزای EBM برای کاربردهای سایش از شفت تا قالب های تزریق پلاستیک هموار کند.
فولاد زنگ نزن (SS) یک خانواده همه کاره از فولادها است که به دلیل مقاومت در برابر خوردگی بالا و خواص مکانیکی مناسب به طور گسترده در صنایع هوافضا، خودرو، مواد غذایی و بسیاری از کاربردهای دیگر استفاده می شود.مقاومت بالای آنها در برابر خوردگی به دلیل محتوای بالای کروم (بیش از 11.5 درصد وزنی) در HC است که به تشکیل یک فیلم اکسیدی با محتوای کروم بالا در سطح کمک می کند.با این حال، بیشتر گریدهای فولاد ضد زنگ دارای محتوای کربن پایینی هستند و بنابراین سختی و مقاومت در برابر سایش محدودی دارند که در نتیجه عمر مفید دستگاه‌های مرتبط با سایش مانند اجزای فرود هوافضا را کاهش می‌دهد.معمولاً آنها سختی پایینی دارند (در محدوده 180 تا 450 HV)، فقط برخی از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی عملیات حرارتی شده دارای سختی بالا (تا 700 HV) و محتوای کربن بالا (تا 1.2 درصد وزنی) هستند که می تواند به تشکیل مارتنزیت1. به طور خلاصه، محتوای کربن بالا دمای تبدیل مارتنزیتی را کاهش می‌دهد و امکان تشکیل یک ریزساختار کاملاً مارتنزیتی و به دست آوردن یک ریزساختار مقاوم در برابر سایش با نرخ‌های خنک‌سازی بالا را می‌دهد.فازهای سخت (به عنوان مثال، کاربیدها) را می توان به ماتریس فولاد اضافه کرد تا مقاومت سایشی قالب را بیشتر بهبود بخشد.
معرفی تولید افزودنی (AM) می تواند مواد جدیدی با ترکیب مطلوب، ویژگی های ریزساختاری و خواص مکانیکی برتر تولید کند.به عنوان مثال، ذوب بستر پودری (PBF)، یکی از تجاری ترین فرآیندهای جوشکاری افزودنی، شامل رسوب پودرهای پیش آلیاژ شده برای تشکیل قطعات نزدیک شکل با ذوب پودرها با استفاده از منابع حرارتی مانند لیزر یا پرتوهای الکترونی است.چندین مطالعه نشان داده اند که قطعات فولادی ضد زنگ ماشینکاری شده می توانند از قطعات ساخته شده سنتی بهتر عمل کنند.به عنوان مثال، فولادهای زنگ نزن آستنیتی که در معرض فرآوری افزودنی قرار می‌گیرند، به دلیل ریزساختار ظریف‌تر (یعنی روابط هال-پتچ) 3،8،9، خواص مکانیکی برتری دارند.عملیات حرارتی فولاد زنگ نزن فریتی تیمار شده با AM، رسوبات بیشتری تولید می کند که خواص مکانیکی مشابه با همتایان معمولی خود را ارائه می دهد.فولاد ضد زنگ دو فاز با استحکام و سختی بالا، پردازش شده توسط پردازش افزودنی، که در آن بهبود خواص مکانیکی به دلیل فازهای بین فلزی غنی از کروم در ریزساختار است.علاوه بر این، خواص مکانیکی بهبود یافته فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی سخت شده افزودنی و PH را می توان با کنترل آستنیت باقی مانده در ریزساختار و بهینه سازی پارامترهای ماشینکاری و عملیات حرارتی 3،12،13،14 به دست آورد.
تا به امروز، خواص تریبولوژیکی فولادهای زنگ نزن آستنیتی AM بیش از سایر فولادهای زنگ نزن مورد توجه قرار گرفته است.رفتار تریبولوژیکی ذوب لیزر در یک لایه پودر (L-PBF) تحت درمان با 316L به عنوان تابعی از پارامترهای پردازش AM مورد مطالعه قرار گرفت.نشان داده شده است که به حداقل رساندن تخلخل با کاهش سرعت اسکن یا افزایش توان لیزر می تواند مقاومت در برابر سایش را بهبود بخشد 15،16.لی و همکاران 17 سایش لغزشی خشک را تحت پارامترهای مختلف (بار، فرکانس و دما) آزمایش کردند و نشان دادند که سایش در دمای اتاق مکانیسم اصلی سایش است، در حالی که افزایش سرعت لغزش و دما باعث اکسیداسیون می شود.لایه اکسید حاصل عملکرد بلبرینگ را تضمین می کند، اصطکاک با افزایش دما کاهش می یابد و نرخ سایش در دماهای بالاتر افزایش می یابد.در مطالعات دیگر، افزودن ذرات TiC18، TiB219، و SiC20 به ماتریس 316L تیمار شده با L-PBF، مقاومت سایش را با تشکیل یک لایه اصطکاک متراکم سخت شده با افزایش کسر حجمی ذرات سخت، بهبود بخشید.یک لایه اکسید محافظ نیز در فولاد PH تیمار شده با L-PBF12 و فولاد دوبلکس SS11 مشاهده شده است، که نشان می‌دهد محدود کردن آستنیت باقی‌مانده توسط عملیات پس از حرارت می‌تواند مقاومت به سایش را بهبود بخشد.همانطور که در اینجا خلاصه شد، ادبیات عمدتاً بر عملکرد تریبولوژیکی سری 316L SS متمرکز است، در حالی که اطلاعات کمی در مورد عملکرد تریبولوژیکی یک سری از فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی با محتوای کربن بسیار بالاتر وجود دارد.
ذوب پرتوهای الکترونی (EBM) تکنیکی شبیه به L-PBF است که به دلیل توانایی آن در دستیابی به دماها و سرعت های اسکن بالاتر، قادر به تشکیل ریزساختارها با کاربیدهای نسوز مانند کاربیدهای وانادیوم و کروم بالا است 21، 22. فولاد عمدتاً بر تعیین پارامترهای بهینه پردازش ELM برای به دست آوردن یک ریزساختار بدون ترک و منافذ و بهبود خواص مکانیکی متمرکز است، در حالی که کار بر روی خواص تریبولوژیکی فولاد ضد زنگ تصفیه شده با EBM است.تاکنون، مکانیسم سایش فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا تحت شرایط محدود مورد مطالعه قرار گرفته است و تغییر شکل پلاستیک شدید در شرایط ساینده (آزمایش کاغذ سنباده)، خشک و فرسایش گلی گزارش شده است.
این مطالعه مقاومت به سایش و خواص اصطکاکی فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا را که با ELR تحت شرایط لغزش خشک توضیح داده شده در زیر مورد بررسی قرار داد.ابتدا، ویژگی‌های ریزساختاری با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM)، طیف‌سنجی پرتو ایکس پراکنده انرژی (EDX)، پراش اشعه ایکس و تجزیه و تحلیل تصویر مشخص شدند.سپس داده‌های به‌دست‌آمده با این روش‌ها به‌عنوان پایه‌ای برای مشاهدات رفتار تریبولوژیکی از طریق آزمایش‌های رفت و برگشتی خشک تحت بارهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد و در نهایت مورفولوژی سطح فرسوده با استفاده از SEM-EDX و پروفیلومترهای لیزری مورد بررسی قرار می‌گیرد.میزان سایش کمی شد و با فولادهای ابزار مارتنزیتی مشابه تیمار شده مقایسه شد.این به منظور ایجاد مبنایی برای مقایسه این سیستم SS با سیستم های سایش رایج تر با همان نوع درمان انجام شد.در نهایت، یک نقشه مقطعی از مسیر سایش با استفاده از یک الگوریتم نگاشت سختی نشان داده شده است که تغییر شکل پلاستیکی را که در طول تماس رخ می‌دهد نشان می‌دهد.لازم به ذکر است که تست های تریبولوژیکی این مطالعه برای درک بهتر خواص تریبولوژیکی این ماده جدید و نه شبیه سازی یک کاربرد خاص انجام شده است.این مطالعه به درک بهتر خواص تریبولوژیکی فولاد ضد زنگ مارتنزیتی جدید تولید شده برای کاربردهای سایش که نیاز به عملیات در محیط‌های سخت دارند کمک می‌کند.
نمونه هایی از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا (HCMSS) تیمار شده با ELR تحت نام تجاری Vibenite® 350 توسط VBN Components AB، سوئد تولید و عرضه شد.ترکیب شیمیایی اسمی نمونه: 1.9 C، 20.0 Cr، 1.0 Mo، 4.0 V، 73.1 Fe (Wt.%).ابتدا، نمونه‌های لغزشی خشک (40 میلی‌متر × 20 میلی‌متر × 5 میلی‌متر) از نمونه‌های مستطیلی به‌دست‌آمده (42 میلی‌متر × 22 میلی‌متر × 7 میلی‌متر) بدون هیچ گونه عملیات پس از حرارت با استفاده از ماشین‌کاری تخلیه الکتریکی (EDM) ساخته شدند.سپس نمونه ها به طور متوالی با کاغذ سنباده SiC با دانه بندی 240 تا 2400 R آسیاب شدند تا زبری سطح (Ra) حدود 0.15 میکرومتر به دست آید.علاوه بر این، نمونه‌هایی از فولاد ابزار مارتنزیتی پرکربن (HCMTS) تیمار شده با EBM با ترکیب شیمیایی اسمی 1.5 C، 4.0 Cr، 2.5 Mo، 2.5 W، 4.0 V، 85.5 Fe (wt. .%) (که به عنوان تجاری شناخته می‌شود. Vibenite® 150) نیز به همین ترتیب تهیه می شود.HCMTS حاوی 8 درصد کاربید حجمی است و فقط برای مقایسه داده های میزان سایش HCMSS استفاده می شود.
خصوصیات ریز ساختاری HCMSS با استفاده از یک SEM (FEI Quanta 250، USA) مجهز به آشکارساز XMax80 اشعه ایکس پراکنده انرژی (EDX) از Oxford Instruments انجام شد.سه فتومیکروگراف تصادفی حاوی 3500 میکرومتر مربع در حالت الکترون پس پراکنده (BSE) گرفته شد و سپس با استفاده از آنالیز تصویر (ImageJ®)28 برای تعیین کسر ناحیه (یعنی کسر حجمی)، اندازه و شکل آنالیز شد.با توجه به مورفولوژی مشخصه مشاهده شده، کسر مساحت برابر با کسر حجمی در نظر گرفته شد.علاوه بر این، ضریب شکل کاربیدها با استفاده از معادله ضریب شکل (شفا) محاسبه می شود:
در اینجا Ai مساحت کاربید (μm2) و Pi محیط کاربید (μm) 29 است.برای شناسایی فازها، پراش اشعه ایکس پودر (XRD) با استفاده از پراش سنج اشعه ایکس (Bruker D8 Discover با آشکارساز نواری LynxEye 1D) با تابش Co-Kα (λ = 1.79026 Å) انجام شد.نمونه را در محدوده 2θ از 35 درجه تا 130 درجه با اندازه گام 0.02 درجه و زمان گام 2 ثانیه اسکن کنید.داده های XRD با استفاده از نرم افزار Diffract.EVA، که پایگاه داده کریستالوگرافی را در سال 2021 به روز کرد، تجزیه و تحلیل شد.بر اساس استاندارد ASTM E384-17 30، 30 چاپ بر روی نمونه های آماده شده متالوگرافی با افزایش 0.35 میلی متر به مدت 10 ثانیه در 5 kgf انجام شد.نویسندگان قبلاً ویژگی‌های ریزساختاری HMTS31 را مشخص کرده‌اند.
یک تریبومتر صفحه توپی (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab، ایالات متحده آمریکا) برای انجام تست‌های سایش رفت و برگشتی خشک استفاده شد که پیکربندی آن در جای دیگری به تفصیل آمده است.پارامترهای تست به شرح زیر است: طبق استاندارد 32 ASTM G133-05، بار 3 نیوتن، فرکانس 1 هرتز، ضربه 3 میلی متر، مدت زمان 1 ساعت.توپ های اکسید آلومینیوم (Al2O3، کلاس دقت 28/ISO 3290) با قطر 10 میلی متر با ماکرو سختی حدود 1500 HV و زبری سطح (Ra) حدود 0.05 میکرومتر، ارائه شده توسط Redhill Precision، جمهوری چک، به عنوان وزنه تعادل استفاده شد. .بالانس برای جلوگیری از اثرات اکسیداسیون که می تواند به دلیل بالانس کردن رخ دهد و درک بهتر مکانیسم های سایش نمونه ها در شرایط سایش شدید انتخاب شد.لازم به ذکر است که پارامترهای آزمون همانند Ref.8 می باشد تا داده های نرخ سایش با مطالعات موجود مقایسه شود.علاوه بر این، یک سری آزمایشات رفت و برگشتی با بار 10 نیوتن برای تأیید عملکرد تریبولوژیکی در بارهای بالاتر انجام شد، در حالی که سایر پارامترهای آزمایش ثابت ماندند.فشارهای تماس اولیه طبق هرتز به ترتیب 7.7 مگاپاسکال و 11.5 مگاپاسکال در 3 نیوتن و 10 نیوتن است.در طول تست سایش، نیروی اصطکاک در فرکانس 45 هرتز ثبت شد و میانگین ضریب اصطکاک (CoF) محاسبه شد.برای هر بار، سه اندازه گیری در شرایط محیطی انجام شد.
مسیر سایش با استفاده از SEM شرح داده شده در بالا مورد بررسی قرار گرفت و تجزیه و تحلیل EMF با استفاده از نرم افزار تحلیل سطح سایش Aztec Acquisition انجام شد.سطح فرسوده مکعب جفت شده با استفاده از میکروسکوپ نوری (Keyence VHX-5000، ژاپن) مورد بررسی قرار گرفت.یک پروفیل لیزری غیر تماسی (NanoFocus µScan، آلمان) علامت سایش را با وضوح عمودی ± 0.1 میکرومتر در امتداد محور z و 5 میکرومتر در امتداد محورهای x و y اسکن کرد.نقشه پروفایل سطح اسکار سایش در Matlab® با استفاده از مختصات x، y، z به‌دست‌آمده از اندازه‌گیری‌های پروفایل ایجاد شد.چندین پروفیل مسیر سایش عمودی استخراج شده از نقشه پروفیل سطح برای محاسبه افت حجم سایش در مسیر سایش استفاده می شود.تلفات حجمی به عنوان حاصل ضرب میانگین سطح مقطع پروفیل سیم و طول مسیر سایش محاسبه شد و جزئیات اضافی این روش قبلاً توسط نویسندگان شرح داده شده است.از اینجا، نرخ سایش خاص (k) از فرمول زیر به دست می آید:
در اینجا V کاهش حجم ناشی از سایش (mm3)، W بار اعمال شده (N)، L فاصله لغزشی (mm) و k نرخ سایش خاص (mm3/Nm)34 است.داده های اصطکاک و نقشه های نمایه سطح برای HCMTS در مواد تکمیلی (شکل تکمیلی S1 و شکل S2) برای مقایسه نرخ سایش HCMSS گنجانده شده است.
در این مطالعه، از یک نقشه سختی مقطعی مسیر سایش برای نشان دادن رفتار تغییر شکل پلاستیک (یعنی سخت شدن کار در اثر فشار تماس) ناحیه سایش استفاده شد.نمونه های جلا داده شده با چرخ برش اکسید آلومینیوم بر روی دستگاه برش (Struers Accutom-5، اتریش) برش داده شدند و با درجه سنباده SiC از 240 تا 4000 P در امتداد ضخامت نمونه ها پرداخت شدند.اندازه گیری ریزسختی در 0.5 kgf 10 ثانیه و فاصله 0.1 میلی متر مطابق با ASTM E348-17.چاپ ها روی یک شبکه مستطیلی 1.26 × 0.3 mm2 تقریباً 60 میکرومتر زیر سطح قرار گرفتند (شکل 1) و سپس یک نقشه سختی با استفاده از کد Matlab® سفارشی که در جاهای دیگر توضیح داده شد ارائه شد.علاوه بر این، ریزساختار سطح مقطع ناحیه سایش با استفاده از SEM مورد بررسی قرار گرفت.
شماتیک علامت سایش که محل مقطع (a) را نشان می دهد و یک میکروگراف نوری از نقشه سختی نشان می دهد که علامت مشخص شده در مقطع (b) را نشان می دهد.
ریزساختار HCMSS تیمار شده با ELP شامل یک شبکه کاربید همگن است که توسط یک ماتریس احاطه شده است (شکل 2a, b).تجزیه و تحلیل EDX نشان داد که کاربیدهای خاکستری و تیره به ترتیب کاربیدهای غنی از کروم و وانادیوم بودند (جدول 1).محاسبه شده از تجزیه و تحلیل تصویر، کسر حجمی کاربیدها 22.5٪ (~18.2٪ کاربیدهای کروم بالا و ~4.3٪ کاربیدهای وانادیم بالا) تخمین زده می شود.متوسط ​​اندازه دانه با انحراف استاندارد به ترتیب 0.2 ± 0.64 میکرومتر و 0.4 ± 1.84 میکرومتر برای کاربیدهای غنی از V و ​​Cr است (شکل 2c، d).کاربیدهای V بالا با ضریب شکل (±SD) در حدود 0.03±0.88 گردتر هستند زیرا مقادیر فاکتور شکل نزدیک به 1 مربوط به کاربیدهای گرد است.در مقابل، کاربیدهای کروم بالا کاملاً گرد نیستند و ضریب شکل آن در حدود 0.01 ± 0.56 است که ممکن است به دلیل تجمع باشد.پیک های پراش مارتنزیت (α، bcc) و آستنیت حفظ شده (γ'، fcc) در الگوی پرتو ایکس HCMSS همانطور که در شکل 2e نشان داده شده است، شناسایی شدند.علاوه بر این، الگوی اشعه ایکس وجود کاربیدهای ثانویه را نشان می دهد.کاربیدهای کروم بالا به عنوان کاربیدهای نوع M3C2 و M23C6 شناسایی شده اند.با توجه به داده های ادبیات، 36،37،38 پیک پراش کاربیدهای VC در ≈43 درجه و 63 درجه ثبت شد، که نشان می دهد پیک های VC توسط پیک های M23C6 کاربیدهای غنی از کروم پوشانده شده اند (شکل 2e).
ریزساختار فولاد زنگ نزن مارتنزیتی پرکربن که با EBL (الف) در بزرگنمایی کم و (ب) در بزرگنمایی بالا، کاربیدهای غنی از کروم و وانادیم و ماتریس فولاد ضد زنگ (حالت پراکندگی برگشتی الکترون) را نشان می‌دهد.نمودارهای میله ای توزیع اندازه دانه کاربیدهای غنی از کروم (c) و غنی از وانادیم (d) را نشان می دهد.الگوی اشعه ایکس وجود مارتنزیت، آستنیت باقی مانده و کاربیدها را در ریزساختار نشان می دهد (d).
ریزسختی متوسط ​​625.7 + 7.5 HV5 است که در مقایسه با فولاد ضد زنگ مارتنزیتی فرآوری شده معمولی (450 HV) 1 بدون عملیات حرارتی، سختی نسبتاً بالایی را نشان می دهد.سختی نانو فرورفتگی کاربیدهای V بالا و کاربیدهای کروم بالا به ترتیب بین 12 و 32.5 GPa39 و 13-22 GPa40 گزارش شده است.بنابراین، سختی بالای HCMSS تیمار شده با ELP به دلیل محتوای کربن بالا است که باعث تشکیل شبکه کاربید می شود.بنابراین، HSMSS تیمار شده با ELP ویژگی های ریزساختاری و سختی خوبی را بدون هیچ گونه عملیات اضافی پس از حرارت نشان می دهد.
منحنی های میانگین ضریب اصطکاک (CoF) برای نمونه ها در 3 نیوتن و 10 نیوتن در شکل 3 ارائه شده است، محدوده حداقل و حداکثر مقادیر اصطکاک با سایه شفاف مشخص شده است.هر منحنی یک فاز اجرا و یک فاز حالت پایدار را نشان می دهد.فاز اجرا در 1.2 متر با CoF (± SD) 0.24.3 ± 0.41 نیوتن و در 3.7 متر با CoF 0.16.10 ± 0.71 نیوتن، قبل از وارد شدن به حالت پایدار فاز هنگامی که اصطکاک متوقف می شود، به پایان می رسد.به سرعت تغییر نمی کندبا توجه به سطح تماس کوچک و تغییر شکل اولیه پلاستیک خشن، نیروی اصطکاک به سرعت در مرحله اجرا در 3 نیوتن و 10 نیوتن افزایش یافت، جایی که نیروی اصطکاک بالاتر و فاصله لغزشی طولانی‌تر در 10 نیوتن رخ داد، که ممکن است به دلیل آن باشد. به این واقعیت که در مقایسه با 3 نیوتن، آسیب سطحی بیشتر است.برای 3 نیوتن و 10 نیوتن، مقادیر CoF در فاز ساکن به ترتیب 0.05 ± 0.78 و 0.01 ± 0.67 است.CoF عملاً در 10 نیوتن پایدار است و به تدریج در 3 نیوتن افزایش می یابد. در ادبیات محدود، CoF فولاد ضد زنگ تیمار شده با L-PBF در مقایسه با اجسام واکنش سرامیکی در بارهای اعمال شده کم، از 0.5 تا 0.728، 20، 42 متغیر است. توافق خوبی با مقادیر CoF اندازه گیری شده در این مطالعه است.کاهش CoF با افزایش بار در حالت پایدار (حدود 14.1٪) را می توان به تخریب سطحی که در سطح مشترک بین سطح فرسوده و همتای رخ می دهد نسبت داد، که در بخش بعدی از طریق تجزیه و تحلیل سطح مورد بحث قرار خواهد گرفت. نمونه های فرسوده
ضرایب اصطکاک نمونه های VSMSS تیمار شده با ELP در مسیرهای لغزشی در 3 نیوتن و 10 نیوتن، یک فاز ثابت برای هر منحنی مشخص شده است.
نرخ سایش خاص HKMS (625.7 HV) به ترتیب 6.56 ± 0.33 × 10-6 mm3/Nm و 9.66 ± 0.37 × 10-6 mm3 / Nm در 3 نیوتن و 10 نیوتن برآورد شده است (شکل 4).بنابراین، نرخ سایش با افزایش بار افزایش می‌یابد، که مطابقت خوبی با مطالعات موجود روی آستنیت تیمار شده با L-PBF و PH SS17،43 است.تحت شرایط تریبولوژیکی یکسان، نرخ سایش در 3 نیوتن حدود یک پنجم فولاد زنگ نزن آستنیتی تیمار شده با L-PBF (k = 3.50 ± 0.3 × 10-5 mm3/Nm، 229 HV)، مانند مورد قبلی است. .8. علاوه بر این، نرخ سایش HCMSS در 3 نیوتن به طور قابل‌توجهی کمتر از فولادهای زنگ نزن آستنیتی ماشین‌کاری شده معمولی و به‌ویژه، بالاتر از فولادهای فشرده همسانگرد بود (k = 0.3 × 10-5 × 4.20 mm3)./Nm، 176 HV) و ریخته گری (k = 4.70 ± 0.3 × 10-5 mm3 / Nm، 156 HV) فولاد زنگ نزن آستنیتی، 8، به ترتیب.در مقایسه با این مطالعات در ادبیات، مقاومت سایش بهبود یافته HCMSS به محتوای کربن بالا و شبکه کاربید تشکیل‌شده نسبت داده می‌شود که منجر به سختی بالاتر نسبت به فولادهای زنگ نزن آستنیتی ماشین‌کاری شده با مواد افزودنی می‌شود.برای مطالعه بیشتر میزان سایش نمونه‌های HCMSS، یک نمونه فولاد ابزار مارتنزیتی با کربن بالا (HCMTS) با ماشین کاری مشابه (با سختی 790 HV) تحت شرایط مشابه (3 نیوتن و 10 نیوتن) برای مقایسه مورد آزمایش قرار گرفت.مواد تکمیلی نقشه نمایه سطحی HCMTS (شکل تکمیلی S2) است.نرخ سایش HCMSS (k = 6.56 ± 0.34 × 10-6 mm3 / Nm) تقریباً با HCMTS در 3 نیوتن (k = 6.65 ± 0.68 × 10-6 mm3 / Nm) یکسان است، که نشان دهنده مقاومت در برابر سایش عالی است. .این ویژگی ها عمدتاً به ویژگی های ریزساختاری HCMSS نسبت داده می شود (یعنی محتوای کاربید بالا، اندازه، شکل و توزیع ذرات کاربید در ماتریس، همانطور که در بخش 3.1 توضیح داده شد).همانطور که قبلاً گزارش شد 31،44، محتوای کاربید بر عرض و عمق اسکار سایش و مکانیسم سایش میکرو ساینده تأثیر می گذارد.با این حال، محتوای کاربید برای محافظت از قالب در 10 نیوتن کافی نیست و در نتیجه سایش افزایش می یابد.در بخش زیر، مورفولوژی و توپوگرافی سطح سایش برای توضیح مکانیسم‌های سایش و تغییر شکل زیربنایی که بر میزان سایش HCMSS تأثیر می‌گذارند، استفاده می‌شود.در 10 نیوتن، نرخ سایش VCMSS (k = 0.37 ± 9.66 × 10-6 mm3 / Nm) بالاتر از VKMTS است (k = 0.69 ± 5.45 × 10-6 mm3 / Nm).برعکس، این نرخ‌های سایش هنوز بسیار بالا هستند: در شرایط آزمایش مشابه، نرخ سایش پوشش‌های مبتنی بر کروم و استلیت کمتر از HCMSS45،46 است.در نهایت، به دلیل سختی بالای آلومینا (1500 HV)، میزان سایش جفت‌گیری ناچیز بود و نشانه‌هایی از انتقال مواد از نمونه به توپ‌های آلومینیومی پیدا شد.
سایش خاص در ماشینکاری ELR فولاد زنگ نزن مارتنزیتی با کربن بالا (HMCSS)، ماشینکاری ELR از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا (HCMTS) و L-PBF، ماشینکاری ریخته گری و پرس ایزوتروپیک بالا (HIP) فولاد زنگ نزن آستنیتی (316LSS) در کاربردهای مختلف سرعت ها بارگذاری می شوند.نمودار پراکندگی انحراف معیار اندازه گیری ها را نشان می دهد.داده های فولادهای زنگ نزن آستنیتی از 8 گرفته شده است.
در حالی که سطوح سخت مانند کروم و استلیت می توانند مقاومت سایشی بهتری نسبت به سیستم های آلیاژی ماشینکاری شده افزایش دهند، ماشینکاری افزودنی می تواند (1) ریزساختار را بهبود بخشد، به ویژه برای مواد با چگالی های مختلف.عملیات در قسمت انتهایی؛و (3) ایجاد توپولوژی های سطحی جدید مانند یاتاقان های دینامیکی سیال یکپارچه.علاوه بر این، AM انعطاف‌پذیری طراحی هندسی را ارائه می‌دهد.این مطالعه به‌ویژه جدید و مهم است زیرا مشخص کردن ویژگی‌های سایش این آلیاژهای فلزی جدید توسعه‌یافته با EBM، که ادبیات فعلی برای آن بسیار محدود است، حیاتی است.
مورفولوژی سطح فرسوده و مورفولوژی نمونه های فرسوده در 3 نیوتن در شکل نشان داده شده است.5، که در آن مکانیسم اصلی سایش، ساییدگی و به دنبال آن اکسیداسیون است.ابتدا، زیرلایه فولادی به صورت پلاستیکی تغییر شکل داده و سپس جدا می شود تا شیارهایی به عمق 1 تا 3 میکرومتر ایجاد شود، همانطور که در نمایه سطح نشان داده شده است (شکل 5a).با توجه به گرمای اصطکاکی ایجاد شده توسط لغزش مداوم، مواد حذف شده در سطح مشترک سیستم تریبولوژیکی باقی می ماند و یک لایه تریبولوژیکی متشکل از جزایر کوچک اکسید آهن بالا که کاربیدهای کروم و وانادیم بالا را احاطه کرده اند، تشکیل می دهد (شکل 5b و جدول 2).همانطور که برای فولاد زنگ نزن آستنیتی تیمار شده با L-PBF15،17 نیز گزارش شد.روی انجیر5c نشان می دهد که اکسیداسیون شدیدی در مرکز جای زخم رخ می دهد.بنابراین، تشکیل لایه اصطکاکی با تخریب لایه اصطکاکی (یعنی لایه اکسید) تسهیل می شود (شکل 5f) یا حذف مواد در مناطق ضعیف داخل ریزساختار رخ می دهد و در نتیجه حذف مواد را تسریع می کند.در هر دو مورد، تخریب لایه اصطکاک منجر به تشکیل محصولات سایش در سطح مشترک می شود که ممکن است دلیل تمایل به افزایش CoF در حالت پایدار 3N باشد (شکل 3).علاوه بر این، نشانه هایی از سایش سه قسمتی ناشی از اکسیدها و ذرات سایش سست در مسیر سایش وجود دارد که در نهایت منجر به ایجاد خراش های کوچک روی بستر می شود (شکل 5b, e)9,12,47.
مشخصات سطح (a) و فتومیکروگراف (b-f) از مورفولوژی سطح سایش فولاد ضد زنگ مارتنزیتی پرکربن تیمار شده با ELP در 3 نیوتن، سطح مقطع علامت سایش در حالت BSE (d) و میکروسکوپ نوری سایش سطح در 3 N (g) کره آلومینا.
نوارهای لغزشی روی زیرلایه فولادی تشکیل شده است که نشان دهنده تغییر شکل پلاستیک به دلیل سایش است (شکل 5e).نتایج مشابهی نیز در مطالعه رفتار سایش فولاد آستنیتی SS47 تیمار شده با L-PBF به دست آمد.جهت گیری مجدد کاربیدهای غنی از وانادیوم نیز نشان دهنده تغییر شکل پلاستیک ماتریس فولادی در حین لغزش است (شکل 5e).میکروگراف‌های سطح مقطع علامت سایش، وجود گودال‌های گرد کوچک احاطه‌شده توسط ریزترک‌ها را نشان می‌دهند (شکل 5d)، که ممکن است به دلیل تغییر شکل پلاستیک بیش از حد در نزدیکی سطح باشد.انتقال مواد به کره های اکسید آلومینیوم محدود بود، در حالی که کره ها دست نخورده باقی ماندند (شکل 5g).
همانطور که در نقشه توپوگرافی سطح (شکل 6a) نشان داده شده است، عرض و عمق سایش نمونه ها با افزایش بار (در 10 نیوتن) افزایش یافت.سایش و اکسیداسیون هنوز مکانیسم های سایش غالب هستند، و افزایش تعداد ریز خراش ها در مسیر سایش نشان می دهد که سایش سه قسمتی نیز در 10 نیوتن رخ می دهد (شکل 6b).تجزیه و تحلیل EDX تشکیل جزایر اکسید غنی از آهن را نشان داد.پیک های Al در طیف تایید می کند که انتقال ماده از طرف مقابل به نمونه در 10 نیوتن رخ داده است (شکل 6c و جدول 3)، در حالی که در 3 نیوتن مشاهده نشده است (جدول 2).سایش سه بدنه ناشی از ذرات سایشی از جزایر اکسید و آنالوگ ها است، جایی که تجزیه و تحلیل دقیق EDX انتقال مواد از آنالوگ ها را نشان داد (شکل تکمیلی S3 و جدول S1).توسعه جزایر اکسید با چاله های عمیق همراه است که در 3N نیز مشاهده می شود (شکل 5).ترک خوردگی و تکه تکه شدن کاربیدها عمدتاً در کاربیدهای غنی از 10 نیوتن کروم رخ می دهد (شکل 6e، f).علاوه بر این، کاربیدهای V بالا پوسته پوسته می شوند و ماتریس اطراف را می سایش می کنند که به نوبه خود باعث سایش سه قسمتی می شود.یک گودال شبیه به اندازه و شکل کاربید V بالا (که با دایره قرمز مشخص شده است) نیز در مقطع مسیر (شکل 6d) ظاهر شد (به تجزیه و تحلیل اندازه و شکل کاربید مراجعه کنید. 3.1)، که نشان می دهد V بالا کاربید V می تواند در 10 N از ماتریس پوسته پوسته شود. شکل گرد کاربیدهای V بالا به اثر کشش کمک می کند، در حالی که کاربیدهای کلوم بالا در معرض ترک خوردن هستند (شکل 6e، f).این رفتار شکست نشان می دهد که ماتریس از توانایی خود برای مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک فراتر رفته است و ریزساختار استحکام ضربه کافی را در 10 N ایجاد نمی کند. ترک عمودی زیر سطح (شکل 6d) شدت تغییر شکل پلاستیک را نشان می دهد که در حین لغزش رخ می دهد.با افزایش بار، انتقال مواد از مسیر فرسوده به توپ آلومینا (شکل 6g) صورت می‌گیرد که می‌تواند در حالت ثابت در 10 N باشد. دلیل اصلی کاهش مقادیر CoF است (شکل 3).
مشخصات سطح (a) و فتومیکروگراف (b-f) توپوگرافی سطح فرسوده (b-f) از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی پرکربن تیمار شده با EBA در 10 N، سطح مقطع مسیر سایش در حالت BSE (d) و سطح میکروسکوپ نوری کره آلومینا در 10 نیوتن (گرم).
در طول سایش لغزشی، سطح تحت تنش های فشاری و برشی ناشی از آنتی بادی قرار می گیرد که در نتیجه تغییر شکل پلاستیک قابل توجهی در زیر سطح فرسوده ایجاد می شود.بنابراین، سخت شدن کار می تواند در زیر سطح به دلیل تغییر شکل پلاستیک رخ دهد، که بر مکانیسم های سایش و تغییر شکل که رفتار سایش یک ماده را تعیین می کند، تأثیر می گذارد.بنابراین، نگاشت سختی مقطعی (همانطور که در بخش 2.4 توضیح داده شده است) در این مطالعه برای تعیین توسعه ناحیه تغییر شکل پلاستیک (PDZ) در زیر مسیر سایش به عنوان تابعی از بار انجام شد.از آنجایی که همانطور که در قسمت های قبلی ذکر شد، علائم واضح تغییر شکل پلاستیک در زیر رد ساییدگی (شکل 5d, 6d) به ویژه در 10 شمالی مشاهده شد.
روی انجیرشکل 7 نمودارهای سختی مقطعی علائم سایش HCMSS تیمار شده با ELP در 3 نیوتن و 10 نیوتن را نشان می دهد. شایان ذکر است که این مقادیر سختی به عنوان شاخصی برای ارزیابی اثر سخت شدن کار استفاده شده است.تغییر سختی زیر علامت سایش از 667 به 672 HV در 3 نیوتن است (شکل 7a)، که نشان می دهد سخت شدن کار ناچیز است.احتمالاً به دلیل وضوح پایین نقشه ریزسختی (یعنی فاصله بین علائم)، روش اندازه گیری سختی اعمال شده نتوانست تغییرات سختی را تشخیص دهد.در مقابل، مناطق PDZ با مقادیر سختی از 677 تا 686 HV با حداکثر عمق 118 میکرومتر و طول 488 میکرومتر در 10 نیوتن (شکل 7b) مشاهده شد که با عرض مسیر سایش همبستگی دارد. شکل 6a)).داده های مشابهی در مورد تغییر اندازه PDZ با بار در یک مطالعه سایش بر روی SS47 تحت درمان با L-PBF یافت شد.نتایج نشان می‌دهد که وجود آستنیت باقی‌مانده بر شکل‌پذیری فولادهای 3، 12، 50 ساخته شده با مواد افزودنی تأثیر می‌گذارد و آستنیت باقی‌مانده در طی تغییر شکل پلاستیک به مارتنزیت تبدیل می‌شود (اثر پلاستیک تبدیل فاز)، که سخت شدن کاری فولاد را افزایش می‌دهد.فولاد 51. از آنجایی که نمونه VCMSS حاوی آستنیت باقی مانده مطابق با الگوی پراش اشعه ایکس است که قبلاً مورد بحث قرار گرفت (شکل 2e)، پیشنهاد شد که آستنیت باقی مانده در ریزساختار می تواند در طول تماس به مارتنزیت تبدیل شود و در نتیجه سختی PDZ را افزایش دهد. شکل 7b).علاوه بر این، ایجاد لغزش روی مسیر سایش (شکل 5e، 6f) نیز نشان دهنده تغییر شکل پلاستیک ناشی از لغزش نابجایی تحت اثر تنش برشی در تماس لغزشی است.با این حال، تنش برشی القا شده در 3 نیوتن برای ایجاد چگالی نابجایی بالا یا تبدیل آستنیت باقی‌مانده به مارتنزیت که با روش مورد استفاده مشاهده شد، کافی نبود، بنابراین سخت شدن کار تنها در 10 نیوتن مشاهده شد (شکل 7b).
نمودارهای سختی مقطعی مسیرهای سایش فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا که در معرض ماشینکاری تخلیه الکتریکی در 3 N (a) و 10 N (b) قرار گرفته اند.
این مطالعه رفتار سایش و ویژگی‌های ریزساختاری یک فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا را نشان می‌دهد که با ELR درمان شده است.آزمایش‌های سایش خشک در لغزش تحت بارهای مختلف انجام شد و نمونه‌های فرسوده با استفاده از میکروسکوپ الکترونی، پروفیلومتر لیزری و نقشه‌های سختی مقاطع مسیرهای سایش مورد بررسی قرار گرفتند.
تجزیه و تحلیل ریزساختاری توزیع یکنواخت کاربیدها با محتوای بالای کروم (~18.2٪ کاربید) و وانادیم (~4.3٪ کاربید) را در ماتریس مارتنزیت و آستنیت با ریزسختی نسبتاً بالا نشان داد.مکانیسم‌های سایش غالب عبارتند از سایش و اکسیداسیون در بارهای کم، در حالی که سایش سه بدنه ناشی از کشش کاربیدهای با V بالا و اکسیدهای دانه شل نیز به سایش در افزایش بارها کمک می‌کند.نرخ سایش بهتر از L-PBF و فولادهای زنگ نزن آستنیتی ماشینکاری شده معمولی و حتی مشابه فولادهای ابزار ماشینکاری شده EBM در بارهای کم است.مقدار CoF با افزایش بار به دلیل انتقال مواد به بدنه مقابل کاهش می یابد.با استفاده از روش نقشه برداری سختی مقطع، ناحیه تغییر شکل پلاستیک در زیر علامت سایش نشان داده شده است.پالایش دانه و انتقال فاز احتمالی در ماتریس را می توان با استفاده از پراش الکترونی پس پراکنده برای درک بهتر اثرات سخت شدن کار بررسی کرد.وضوح پایین نقشه ریزسختی اجازه تجسم سختی ناحیه سایش در بارهای اعمال شده کم را نمی دهد، بنابراین نانو دندانه می تواند تغییرات سختی وضوح بالاتر را با استفاده از روش مشابه ایجاد کند.
این مطالعه برای اولین بار یک تجزیه و تحلیل جامع از مقاومت به سایش و خواص اصطکاکی فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با کربن بالا که با ELR درمان شده است را ارائه می‌کند.با توجه به آزادی طراحی هندسی AM و امکان کاهش مراحل ماشین کاری با AM، این تحقیق می تواند راه را برای تولید این ماده جدید و استفاده از آن در دستگاه های مرتبط با سایش از شفت تا قالب های تزریق پلاستیک با کانال خنک کننده پیچیده هموار کند.
Bhat، BN Aerospace Materials and Applications, vol.255 (انجمن هوانوردی و فضانوردی آمریکا، 2018).
باجاج، پی و همکاران.فولاد در تولید افزودنی: بررسی ریزساختار و خواص آنآلما مادرعلم.پروژه772، (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. and Passeggio, F. آسیب به سطح سایش اجزای هوافضای فولاد ضد زنگ EN 3358 در هنگام لغزش.برادری.اد.اینتگرا استرات.23، 127-135 (2012).
دبروی، تی و همکاران.ساخت افزودنی قطعات فلزی – فرآیند، ساختار و عملکرد.برنامه نويسي.آلما مادرعلم.92، 112-224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. and Emmelmann S. تولید مواد افزودنی فلزی.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM International.اصطلاحات استاندارد برای فناوری تولید مواد افزودنیتولید سریع.استادیار.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.خواص مکانیکی و تریبولوژیکی فولاد ضد زنگ 316L - مقایسه ذوب لیزری انتخابی، پرس گرم و ریخته گری معمولی.اضافه کردن به.سازنده.16، 81-89 (2017).
سهموان، ام.، میانت، KW، ردیچوف، تی، و فام، ریزساختار MS در سازوکارهای سایش خشک لغزشی فولاد زنگ نزن 316 لیتری ساخته شده و ناهمسانگردی.آلما مادردسامبر196, 109076 (2020).
Bogelein T.، Drypondt SN، Pandey A.، Dawson K. و Tatlock GJ پاسخ مکانیکی و مکانیسم‌های تغییر شکل سازه‌های فولادی سخت‌شده با پراکندگی اکسید آهن به‌دست‌آمده از ذوب لیزری انتخابی.مجله87، 201-215 (2015).
سعیدی K.، Alvi S.، Lofay F.، Petkov VI و Akhtar، F. استحکام مکانیکی بالاتر پس از عملیات حرارتی SLM 2507 در دمای اتاق و بالا، به کمک بارش سیگما سخت/نشکن.فلز (بازل).9، (2019).
لشگری، HR، کنگ، ک.، ادبی فیروزجایی، E.، و لی، اس. ریزساختار، واکنش پس از گرما، و خواص تریبولوژیکی فولاد زنگ نزن 17-4 PH چاپ سه بعدی.پوشیدن 456–457، (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., and Zhang, L. رفتار چگالش، تکامل ریزساختار و خواص مکانیکی کامپوزیت های فولاد ضد زنگ TiC/AISI420 ساخته شده با ذوب لیزری انتخابی.آلما مادردسامبر187، 1-13 (2020).
ژائو ایکس و همکارانساخت و خصوصیات فولاد ضد زنگ AISI 420 با استفاده از ذوب لیزری انتخابی.آلما مادرسازنده.روند.30، 1283-1289 (2015).
Sun Y.، Moroz A. و Alrbey K. ویژگی‌های سایش لغزشی و رفتار خوردگی ذوب انتخابی لیزر فولاد ضد زنگ 316L.جی. آلما ماتر.پروژهاجرا کردن.23, 518-526 (2013).
شیباتا، ک. و همکاران.اصطکاک و سایش فولاد ضد زنگ بستر پودری تحت روانکاری روغن [J].Tribiol.داخلی 104، 183-190 (2016).