Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Ang mga slider nga nagpakita sa tulo ka mga artikulo matag slide.Gamita ang likod ug sunod nga mga buton sa paglihok sa mga slide, o ang slide controller nga mga buton sa katapusan aron sa paglihok sa matag slide.

ASTM A240 304 316 Stainless Steel Medium Thick Plate Mahimong Guntinga Ug Nahiangay nga Presyo sa Pabrika sa China

Materyal nga Grado: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Type: Ferritic, Austenite, Martensite, Duplex
Teknolohiya: Cold Rolled ug Hot Rolled
Sertipikasyon: ISO9001, CE, SGS matag tuig
Serbisyo: Pagsulay sa ikatulo nga partido
Delivery: sulod sa 10-15 ka adlaw o pagkonsiderar sa gidaghanon

Ang stainless steel usa ka puthaw nga haluang metal nga adunay labing gamay nga sulud sa Chromium nga 10.5 porsyento.Ang sulud sa Chromium nagpatunghag usa ka nipis nga chromium oxide nga pelikula sa ibabaw sa asero nga gitawag nga usa ka layer sa passivation.Kini nga lut-od nagpugong sa kaagnasan nga mahitabo sa ibabaw sa puthaw;kon mas dako ang gidaghanon sa Chromium sa puthaw, mas dako ang resistensya sa corrosion.

Ang asero usab adunay lainlain nga kantidad sa ubang mga elemento sama sa Carbon, Silicon ug Manganese.Ang ubang mga elemento mahimong idugang aron madugangan ang resistensya sa kaagnasan (Nickel) ug pagkaporma (Molybdenum).

Paggawi sa taas nga carbon martensitic stainless steel (HCMSS) nga naglangkob sa gibana-bana nga 22.5 vol.Ang % carbide nga adunay taas nga sulud sa chromium (Cr) ug vanadium (V), gitakda pinaagi sa electron beam melting (EBM).Ang microstructure gilangkuban sa martensite ug nahabilin nga austenite nga mga hugna, submicron high V ug micron high Cr carbide parehas nga giapod-apod, ug ang katig-a medyo taas.Ang CoF mikunhod sa gibana-bana nga 14.1% uban ang pagtaas sa steady state load tungod sa pagbalhin sa materyal gikan sa gisul-ob nga track ngadto sa kaatbang nga lawas.Kung itandi sa martensitic tool steels nga gitratar sa parehas nga paagi, ang wear rate sa HCMSS halos parehas sa mubu nga gigamit nga load.Ang dominanteng mekanismo sa pagsul-ob mao ang pagtangtang sa steel matrix pinaagi sa abrasion nga gisundan sa oksihenasyon sa wear track, samtang ang tulo ka bahin nga abrasive nga pagsul-ob mahitabo uban ang pagtaas sa karga.Mga dapit sa plastic deformation ubos sa wear scar nga giila pinaagi sa cross-sectional hardness mapping.Ang piho nga mga panghitabo nga mahitabo samtang ang mga kondisyon sa pagsul-ob gihulagway nga carbide cracking, taas nga vanadium carbide tearout, ug die cracking.Kini nga panukiduki naghatag kahayag sa mga kinaiya sa pagsul-ob sa HCMSS additive manufacturing, nga mahimong maghatag dalan alang sa produksyon sa EBM nga mga sangkap alang sa mga aplikasyon sa pagsul-ob gikan sa mga shaft ngadto sa plastic injection molds.
Ang stainless steel (SS) usa ka daghang gamit nga pamilya sa mga asero nga kaylap nga gigamit sa aerospace, automotive, pagkaon ug daghang uban pang mga aplikasyon tungod sa taas nga resistensya sa corrosion ug angay nga mekanikal nga mga kabtangan1,2,3.Ang ilang taas nga resistensya sa corrosion tungod sa taas nga sulud sa chromium (labaw sa 11.5 wt. %) sa HC, nga nakatampo sa pagporma sa usa ka pelikula nga oxide nga adunay taas nga sulud sa chromium sa ibabaw1.Bisan pa, kadaghanan sa mga grado nga stainless steel adunay gamay nga sulud sa carbon ug busa adunay limitado nga katig-a ug pagsukol sa pagsul-ob, nga nagresulta sa pagkunhod sa kinabuhi sa serbisyo sa mga aparato nga adunay kalabotan sa pagsul-ob sama sa mga sangkap sa landing sa aerospace4.Kasagaran sila adunay ubos nga katig-a (sa han-ay sa 180 ngadto sa 450 HV), pipila lamang ka init nga pagtratar nga martensitic stainless steels adunay taas nga katig-a (hangtod sa 700 HV) ug taas nga carbon content (hangtod sa 1.2 wt%), nga makatampo sa pagporma sa martensite.1. Sa laktud, ang usa ka taas nga carbon content nagpaubos sa martensitic transformation temperature, nga nagtugot sa pagporma sa usa ka hingpit nga martensitic microstructure ug ang pag-angkon sa usa ka wear-resistant microstructure sa taas nga cooling rates.Ang gahi nga mga hugna (pananglitan, mga karbida) mahimong idugang sa steel matrix aron mapauswag pa ang pagsukol sa pagkasul-ob sa die.
Ang pagpaila sa additive manufacturing (AM) makahimo og bag-ong mga materyales nga adunay gusto nga komposisyon, microstructural features, ug superyor nga mekanikal nga mga kabtangan5,6.Pananglitan, ang powder bed melting (PBF), usa sa pinakakomersiyal nga additive welding nga mga proseso, naglakip sa pagdeposito sa pre-alloyed powders aron maporma ang hugot nga porma nga mga bahin pinaagi sa pagtunaw sa mga powder gamit ang init nga tinubdan sama sa mga laser o electron beam7.Gipakita sa daghang mga pagtuon nga ang mga additively machined nga stainless steel nga mga bahin mahimo nga labaw sa tradisyonal nga gihimo nga mga bahin.Pananglitan, ang austenitic stainless steels nga gipailalom sa additive processing gipakita nga adunay labaw nga mekanikal nga mga kabtangan tungod sa ilang mas maayo nga microstructure (ie, Hall-Petch nga mga relasyon)3,8,9.Ang heat treatment sa AM-treated ferritic stainless steel nagpatunghag dugang precipitates nga naghatag ug mekanikal nga mga kabtangan susama sa ilang naandang mga katugbang3,10.Gisagop ang dual-phase nga stainless steel nga adunay taas nga kalig-on ug katig-a, giproseso pinaagi sa additive nga pagproseso, diin ang gipaayo nga mekanikal nga mga kabtangan tungod sa chromium-rich intermetallic nga mga hugna sa microstructure11.Dugang pa, ang gipaayo nga mekanikal nga mga kabtangan sa additive hardened martensitic ug PH stainless steels mahimong makuha pinaagi sa pagkontrol sa gipabilin nga austenite sa microstructure ug pag-optimize sa machining ug heat treatment parameters 3,12,13,14.
Sa pagkakaron, ang tribological nga mga kabtangan sa AM austenitic stainless steels nakadawat og dugang nga pagtagad kay sa ubang mga stainless steel.Ang tribological nga kinaiya sa pagtunaw sa laser sa usa ka layer sa powder (L-PBF) nga gitambalan sa 316L gitun-an isip usa ka function sa AM processing parameters.Gipakita nga ang pagminus sa porosity pinaagi sa pagkunhod sa katulin sa pag-scan o pagdugang sa gahum sa laser makapauswag sa resistensya sa pagsul-ob15,16.Gisulayan ni Li et al.17 ang dry sliding wear ubos sa nagkalain-laing mga parameter (load, frequency ug temperatura) ug gipakita nga ang pagsul-ob sa temperatura sa lawak mao ang nag-unang mekanismo sa pagsul-ob, samtang ang pagdugang sa sliding speed ug temperatura nagpasiugda sa oksihenasyon.Ang resulta nga oxide layer nagsiguro sa operasyon sa bearing, friction mikunhod uban sa pagtaas sa temperatura, ug ang pagsul-ob rate pagtaas sa mas taas nga temperatura.Sa ubang mga pagtuon, ang pagdugang sa TiC18, TiB219, ug SiC20 nga mga partikulo sa usa ka L-PBF nga gitambalan nga 316L nga matrix nagpauswag sa pagsukol sa pagsul-ob pinaagi sa pagporma sa usa ka dasok nga trabaho nga gipagahi nga friction layer nga adunay pagtaas sa gidaghanon nga bahin sa gahi nga mga partikulo.Ang usa ka protective oxide layer naobserbahan usab sa L-PBF12 nga gitambalan sa PH steel ug SS11 duplex steel, nga nagpakita nga ang paglimite sa gipabilin nga austenite pinaagi sa post-heat treatment12 makapauswag sa pagsukol sa pagsul-ob.Ingon nga gisumada dinhi, ang literatura nag-una nga naka-focus sa tribological nga performance sa 316L SS series, samtang adunay gamay nga data sa tribological performance sa usa ka serye sa martensitic additively gigama nga stainless steels nga adunay mas taas nga carbon content.
Ang Electron Beam Melting (EBM) usa ka teknik nga susama sa L-PBF nga makahimo sa pagporma sa mga microstructure nga adunay refractory carbide sama sa taas nga vanadium ug chromium carbide tungod sa abilidad niini nga makaabot sa mas taas nga temperatura ug scan rates 21, 22. Anaa nga literatura sa pagproseso sa EBM sa stainless Ang asero nag-una nga naka-focus sa pagtino sa kamalaumon nga mga parameter sa pagproseso sa ELM aron makakuha usa ka microstructure nga wala’y mga liki ug pores ug mapaayo ang mekanikal nga mga kabtangan23, 24, 25, 26, samtang nagtrabaho sa tribological nga mga kabtangan sa EBM nga gitambalan nga stainless steel.Sa pagkakaron, ang mekanismo sa pagsul-ob sa high-carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa ELR gitun-an ubos sa limitadong mga kondisyon, ug ang grabe nga plastic deformation gikataho nga mahitabo ubos sa abrasive (sandpaper test), uga, ug mud-erosion nga kondisyon27.
Gisusi sa kini nga pagtuon ang resistensya sa pagsul-ob ug mga frictional nga kabtangan sa taas nga carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa ELR ubos sa uga nga mga kondisyon sa pag-slide nga gihulagway sa ubos.Una, ang mga bahin sa microstructural gihulagway gamit ang scanning electron microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), X-ray diffraction ug pagtuki sa imahe.Ang datos nga nakuha niini nga mga pamaagi gigamit dayon ingon nga basehan alang sa mga obserbasyon sa tribological nga kinaiya pinaagi sa uga nga reciprocating nga mga pagsulay ubos sa nagkalain-laing mga karga, ug sa katapusan ang gisul-ob nga morpolohiya sa ibabaw gisusi gamit ang SEM-EDX ug laser profilometers.Ang gidaghanon sa pagsul-ob gi-quantified ug gitandi sa parehas nga pagtratar nga martensitic tool steels.Gihimo kini aron makahimo og basehan sa pagtandi niining SS nga sistema sa mas kasagarang gigamit nga mga sistema sa pagsul-ob nga adunay parehas nga matang sa pagtambal.Sa katapusan, ang usa ka cross-sectional nga mapa sa agianan sa pagsul-ob gipakita gamit ang usa ka algorithm sa hardness mapping nga nagpadayag sa plastic deformation nga mahitabo sa panahon sa pagkontak.Angay nga hinumdoman nga ang tribological nga mga pagsulay alang niini nga pagtuon gihimo aron mas masabtan ang tribological nga mga kabtangan niining bag-ong materyal, ug dili sa pagsundog sa usa ka piho nga aplikasyon.Kini nga pagtuon nakatampo sa usa ka mas maayo nga pagsabot sa tribological nga mga kabtangan sa usa ka bag-o nga additively nga gihimo martensitic stainless steel alang sa pagsul-ob aplikasyon nga nagkinahanglan sa operasyon sa mapintas nga mga palibot.
Ang mga sample sa high carbon martensitic stainless steel (HCMSS) nga gitambalan sa ELR ubos sa brand name nga Vibenite® 350 gimugna ug gihatag sa VBN Components AB, Sweden.Ang nominal nga kemikal nga komposisyon sa sample: 1.9 C, 20.0 Cr, 1.0 Mo, 4.0 V, 73.1 Fe (wt.%).Una, ang dry sliding specimens (40 mm × 20 mm × 5 mm) gihimo gikan sa nakuha nga rectangular specimens (42 mm × 22 mm × 7 mm) nga walay bisan unsang post-thermal treatment gamit ang electrical discharge machining (EDM).Dayon ang mga sample sunodsunod nga gigaling gamit ang SiC sandpaper nga may gidak-on nga grain nga 240 ngadto sa 2400 R aron makakuha og surface roughness (Ra) nga mga 0.15 μm.Dugang pa, ang mga espesimen sa EBM-treated high-carbon martensitic tool steel (HCMTS) nga adunay nominal nga kemikal nga komposisyon nga 1.5 C, 4.0 Cr, 2.5 Mo, 2.5 W, 4.0 V, 85.5 Fe (wt. .%) (komersyal nga nailhan nga Vibenite® 150) Giandam usab sa samang paagi.Ang HCMTS adunay 8% nga carbide sa gidaghanon ug gigamit lamang aron itandi ang datos sa rate sa pagsul-ob sa HCMSS.
Ang microstructural characterization sa HCMSS gihimo gamit ang SEM (FEI Quanta 250, USA) nga nasangkapan sa energy dispersive X-ray (EDX) XMax80 detector gikan sa Oxford Instruments.Tulo ka random photomicrographs nga adunay sulod nga 3500 µm2 gikuha sa backscattered electron (BSE) mode ug dayon analisa gamit ang image analysis (ImageJ®)28 aron matino ang area fraction (ie volume fraction), gidak-on ug porma.Tungod sa naobserbahan nga kinaiya nga morpolohiya, ang bahin sa lugar gikuha nga parehas sa tipik sa volume.Dugang pa, ang porma nga hinungdan sa mga karbida gikalkulo gamit ang equation sa porma nga hinungdan (Shfa):
Dinhi ang Ai mao ang lugar sa carbide (µm2) ug ang Pi mao ang perimeter sa carbide (µm)29.Aron mahibal-an ang mga hugna, ang powder X-ray diffraction (XRD) gihimo gamit ang X-ray diffractometer (Bruker D8 Discover nga adunay LynxEye 1D strip detector) nga adunay Co-Kα radiation (λ = 1.79026 Å).I-scan ang sample sa 2θ range gikan sa 35° ngadto sa 130° nga adunay step size nga 0.02° ug step time nga 2 seconds.Ang datos sa XRD gi-analisa gamit ang Diffract.EVA software, nga nag-update sa crystallographic database sa 2021. Dugang pa, usa ka Vickers hardness tester (Struers Durascan 80, Austria) ang gigamit sa pagtino sa microhardness.Sumala sa sumbanan sa ASTM E384-17 30, 30 nga mga pag-imprenta ang gihimo sa mga sample nga giandam nga metallographic sa 0.35 mm nga pag-uswag sa 10 s sa 5 kgf.Ang mga tagsulat kaniadto naghulagway sa microstructural nga mga bahin sa HCMTS31.
Usa ka ball plate tribometer (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, USA) ang gigamit sa paghimo ug dry reciprocating wear tests, ang configuration niini detalyado sa ubang dapit31.Ang mga parameter sa pagsulay mao ang mosunod: sumala sa standard 32 ASTM G133-05, load 3 N, frequency 1 Hz, stroke 3 mm, gidugayon 1 oras.Ang mga bola nga aluminum oxide (Al2O3, accuracy class 28/ISO 3290) nga may diametro nga 10 mm nga may macrohardness nga mga 1500 HV ug usa ka surface roughness (Ra) nga mga 0.05 µm, nga gihatag sa Redhill Precision, Czech Republic, gigamit isip counterweights .Ang pagbalanse gipili aron mapugngan ang mga epekto sa oksihenasyon nga mahimong mahitabo tungod sa pagbalanse ug aron mas masabtan ang mga mekanismo sa pagsul-ob sa mga espesimen ubos sa grabe nga kondisyon sa pagsul-ob.Kinahanglan nga matikdan nga ang mga parameter sa pagsulay parehas sa Ref.8 aron itandi ang datos sa rate sa pagsul-ob sa mga naglungtad nga pagtuon.Dugang pa, usa ka serye sa mga reciprocating nga mga pagsulay nga adunay usa ka load nga 10 N ang gihimo aron mapamatud-an ang tribological nga performance sa mas taas nga mga load, samtang ang uban nga mga parameter sa pagsulay nagpabilin nga makanunayon.Ang inisyal nga pagpamugos sa kontak sumala sa Hertz mao ang 7.7 MPa ug 11.5 MPa sa 3 N ug 10 N, matag usa.Atol sa pagsulay sa pagsul-ob, ang friction force natala sa frequency nga 45 Hz ug ang average coefficient of friction (CoF) gikalkulo.Alang sa matag load, tulo ka sukod ang gikuha ubos sa ambient nga kondisyon.
Ang trajectory sa pagsul-ob gisusi gamit ang SEM nga gihulagway sa ibabaw, ug ang EMF analysis gihimo gamit ang Aztec Acquisition wear surface analysis software.Ang gisul-ob nga nawong sa gipares nga cube gisusi gamit ang optical microscope (Keyence VHX-5000, Japan).Usa ka non-contact laser profiler (NanoFocus µScan, Germany) nag-scan sa marka sa pagsul-ob nga adunay bertikal nga resolusyon nga ±0.1 µm ubay sa z axis ug 5 µm ubay sa x ug y axes.Ang wear scar surface profile map gihimo sa Matlab® gamit ang x, y, z coordinates nga nakuha gikan sa profile measurements.Daghang bertikal nga mga profile sa agianan sa pagsul-ob nga gikuha gikan sa mapa sa ibabaw nga profile gigamit aron makalkulo ang pagkawala sa gidaghanon sa pagsul-ob sa agianan sa pagsul-ob.Ang pagkawala sa gidaghanon gikalkulo isip produkto sa mean cross-sectional area sa wire profile ug ang gitas-on sa wear track, ug ang dugang nga mga detalye niini nga pamaagi gihulagway na kaniadto sa mga tagsulat33.Gikan dinhi, ang piho nga rate sa pagsul-ob (k) makuha gikan sa mosunod nga pormula:
Dinhi ang V mao ang volume loss tungod sa pagsul-ob (mm3), W mao ang gipadapat nga load (N), L mao ang sliding distance (mm), ug k ang specific wear rate (mm3/Nm)34.Ang datos sa friction ug mga mapa sa nawong sa nawong alang sa HCMTS gilakip sa dugang nga materyal (Supplementary Figure S1 ug Figure S2) aron itandi ang HCMSS wear rates.
Niini nga pagtuon, ang usa ka cross-sectional hardness map sa agianan sa pagsul-ob gigamit aron ipakita ang plastic deformation nga kinaiya (ie work hardening tungod sa contact pressure) sa wear zone.Ang gipasinaw nga mga sample giputol gamit ang aluminum oxide cutting wheel sa cutting machine (Struers Accutom-5, Austria) ug gipasinaw sa SiC sandpaper grades gikan sa 240 ngadto sa 4000 P subay sa gibag-on sa mga sample.Microhardness pagsukod sa 0.5 kgf 10 s ug 0.1 mm gilay-on sumala sa ASTM E348-17.Ang mga imprinta gibutang sa usa ka 1.26 × 0.3 mm2 rectangular grid nga gibana-bana nga 60 µm ubos sa nawong (Figure 1) ug dayon usa ka hardness map ang gihubad gamit ang custom Matlab® code nga gihulagway sa ubang dapit35.Dugang pa, ang microstructure sa cross section sa wear zone gisusi gamit ang SEM.
Schematic sa wear mark nga nagpakita sa lokasyon sa cross section (a) ug usa ka optical micrograph sa hardness map nga nagpakita sa marka nga giila sa cross section (b).
Ang microstructure sa HCMSS nga gitambalan sa ELP naglangkob sa usa ka homogenous carbide network nga gilibutan sa usa ka matrix (Fig. 2a, b).Ang EDX analysis nagpakita nga ang gray ug dark carbide kay chromium ug vanadium rich carbide, matag usa (Table 1).Gikalkulo gikan sa pagtuki sa hulagway, ang gidaghanon nga tipik sa mga karbida gibanabana nga ~22.5% (~18.2% taas nga chromium carbide ug ~4.3% taas nga vanadium carbide).Ang kasagaran nga gidak-on sa lugas nga adunay standard deviations mao ang 0.64 ± 0.2 µm ug 1.84 ± 0.4 µm alang sa V ug Cr rich carbide, matag usa (Fig. 2c, d).Ang taas nga V carbide lagmit nga mas lingin nga adunay porma nga factor (± SD) nga mga 0.88±0.03 tungod kay ang mga kantidad sa shape factor duol sa 1 katumbas sa round carbide.Sa kasukwahi, ang taas nga chromium carbide dili hingpit nga lingin, nga adunay porma nga hinungdan sa mga 0.56 ± 0.01, nga mahimong tungod sa pagtipon.Ang Martensite (α, bcc) ug gipabilin nga austenite (γ', fcc) diffraction peak nakita sa HCMSS X-ray pattern sama sa gipakita sa Fig. 2e.Dugang pa, ang X-ray pattern nagpakita sa presensya sa secondary carbide.Ang taas nga chromium carbide giila nga M3C2 ug M23C6 type carbide.Sumala sa datos sa literatura, ang 36,37,38 diffraction peaks sa VC carbide natala sa ≈43 ° ug 63 °, nga nagsugyot nga ang VC peaks gitabonan sa M23C6 peaks sa chromium-rich carbide (Fig. 2e).
Ang microstructure sa high-carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa EBL (a) sa ubos nga pagpadako ug (b) sa taas nga pagpadako, nagpakita sa chromium ug vanadium rich carbide ug usa ka stainless steel matrix (electron backscattering mode).Mga bar graph nga nagpakita sa gidak-on sa lugas nga apod-apod sa chromium-rich (c) ug vanadium-rich (d) carbide.Ang X-ray pattern nagpakita sa presensya sa martensite, gipabilin nga austenite ug carbide sa microstructure (d).
Ang kasagaran nga microhardness mao ang 625.7 + 7.5 HV5, nga nagpakita sa usa ka medyo taas nga katig-a itandi sa conventionally giproseso martensitic stainless steel (450 HV)1 nga walay heat treatment.Ang katig-a sa nanoindentation sa taas nga V carbide ug taas nga Cr carbide gikataho nga tali sa 12 ug 32.5 GPa39 ug 13-22 GPa40, matag usa.Busa, ang taas nga katig-a sa HCMSS nga gitambalan sa ELP tungod sa taas nga carbon content, nga nagpasiugda sa pagporma sa usa ka carbide network.Sa ingon, ang HSMSS nga gitambalan sa ELP nagpakita sa maayo nga microstructural nga mga kinaiya ug katig-a nga walay bisan unsang dugang nga post-thermal nga pagtambal.
Ang mga kurba sa average nga coefficient of friction (CoF) alang sa mga sample sa 3 N ug 10 N gipresentar sa Figure 3, ang range sa minimum ug maximum nga friction values ​​​​gimarkahan sa translucent shading.Ang matag kurba nagpakita sa usa ka run-in phase ug usa ka steady state phase.Ang run-in nga hugna matapos sa 1.2 m nga adunay CoF (± SD) nga 0.41 ± 0.24.3 N ug sa 3.7 m nga adunay CoF nga 0.71 ± 0.16.10 N, sa dili pa mosulod sa phase steady state kung mohunong ang friction.dili dali mausab.Tungod sa gamay nga lugar sa pagkontak ug ang bagis nga inisyal nga plastic deformation, ang friction force paspas nga misaka sa panahon sa running-in stage sa 3 N ug 10 N, diin ang mas taas nga friction force ug mas taas nga sliding distance nahitabo sa 10 N, nga mahimong tungod sa kamatuoran nga Kon itandi sa 3 N, nawong kadaot mao ang mas taas.Alang sa 3 N ug 10 N, ang mga kantidad sa CoF sa estasyon nga yugto mao ang 0.78 ± 0.05 ug 0.67 ± 0.01, matag usa.Ang CoF halos lig-on sa 10 N ug anam-anam nga pagtaas sa 3 N. Sa limitado nga literatura, ang CoF sa L-PBF nagtratar sa stainless steel kumpara sa seramik nga reaksyon nga mga lawas sa ubos nga gigamit nga mga karga gikan sa 0.5 ngadto sa 0.728, 20, 42, nga anaa sa maayo nga kasabutan sa gisukod nga mga kantidad sa CoF sa kini nga pagtuon.Ang pagkunhod sa CoF uban ang pagtaas sa load sa makanunayon nga kahimtang (mga 14.1%) mahimong ikapasangil sa pagkadaot sa nawong nga nahitabo sa interface tali sa gisul-ob nga nawong ug ang katugbang, nga dugang nga hisgutan sa sunod nga seksyon pinaagi sa pagtuki sa nawong sa gisul-ob nga mga sample.
Friction coefficients sa VSMSS specimens nga gitambalan sa ELP sa sliding paths sa 3 N ug 10 N, usa ka stationary phase ang gimarkahan sa matag curve.
Ang piho nga mga rate sa pagsul-ob sa HKMS (625.7 HV) gibanabana sa 6.56 ± 0.33 × 10-6 mm3 / Nm ug 9.66 ± 0.37 × 10-6 mm3 / Nm sa 3 N ug 10 N, matag usa (Fig. 4).Busa, ang gidaghanon sa pagsul-ob sa pagtaas sa pagtaas sa load, nga sa maayo nga pag-uyon sa kasamtangan nga mga pagtuon sa austenite nga gitambalan sa L-PBF ug PH SS17,43.Ubos sa parehas nga tribological nga mga kondisyon, ang pagsul-ob rate sa 3 N mao ang mahitungod sa usa sa ikalima nga alang sa austenitic stainless steel nga gitambalan sa L-PBF (k = 3.50 ± 0.3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), sama sa miaging kaso .8. Dugang pa, ang pagsul-ob rate sa HCMSS sa 3 N mao ang kamahinungdanon ubos pa kay sa conventionally machined austenitic stainless steels ug, sa partikular, mas taas pa kay sa kaayo isotropic gipugos (k = 4.20 ± 0.3 × 10-5 mm3)./ Nm, 176 HV) ug cast (k = 4.70 ± 0.3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) machined austenitic stainless steel, 8, sa tinagsa.Kung itandi sa kini nga mga pagtuon sa literatura, ang gipaayo nga pagsukol sa pagsul-ob sa HCMSS tungod sa taas nga sulud sa carbon ug ang naporma nga carbide network nga nagresulta sa labi ka taas nga katig-a kaysa sa mga additively machined nga austenitic stainless steel nga naandan nga makina.Aron sa dugang nga pagtuon sa wear rate sa HCMSS specimens, usa ka susama machined high carbon martensitic tool steel (HCMTS) specimen (uban sa usa ka katig-a sa 790 HV) gisulayan ubos sa susama nga mga kahimtang (3 N ug 10 N) alang sa pagtandi;Ang dugang nga materyal mao ang HCMTS Surface Profile Map (Supplementary Figure S2).Ang gidaghanon sa pagsul-ob sa HCMSS (k = 6.56 ± 0.34 × 10–6 mm3/Nm) halos pareho sa HCMTS sa 3 N (k = 6.65 ± 0.68 × 10–6 mm3/Nm), nga nagpakita sa maayo kaayong pagsukol sa pagsul-ob .Kini nga mga kinaiya nag-una nga gipasangil sa mga microstructural nga bahin sa HCMSS (ie taas nga sulud sa karbida, gidak-on, porma ug pag-apod-apod sa mga partikulo sa carbide sa matrix, ingon nga gihulagway sa Seksyon 3.1).Sama sa nauna nga gitaho31,44, ang sulud sa carbide nakaapekto sa gilapdon ug giladmon sa scar scar ug ang mekanismo sa micro-abrasive wear.Bisan pa, ang sulud sa carbide dili igo aron mapanalipdan ang mamatay sa 10 N, nga miresulta sa pagtaas sa pagsul-ob.Sa sunod nga seksyon, gigamit ang morpolohiya sa nawong sa pagsul-ob ug topograpiya aron ipatin-aw ang nagpahiping mga mekanismo sa pagsul-ob ug pagbag-o nga makaapekto sa rate sa pagsul-ob sa HCMSS.Sa 10 N, ang wear rate sa VCMSS (k = 9.66 ± 0.37 × 10–6 mm3/Nm) mas taas kay sa VKMTS (k = 5.45 ± 0.69 × 10–6 mm3/Nm).Sa kasukwahi, kini nga mga rate sa pagsul-ob taas gihapon: ubos sa parehas nga mga kahimtang sa pagsulay, ang rate sa pagsul-ob sa mga coatings nga gibase sa chromium ug stellite mas ubos kaysa sa HCMSS45,46.Sa katapusan, tungod sa taas nga katig-a sa alumina (1500 HV), ang mating wear rate gipasagdan ug ang mga timailhan sa pagbalhin sa materyal gikan sa specimen ngadto sa aluminum balls nakit-an.
Piho nga pagsul-ob sa ELR machining sa high carbon martensitic stainless steel (HMCSS), ELR machining sa high carbon martensitic tool steel (HCMTS) ug L-PBF, casting ug high isotropic pressing (HIP) machining sa austenitic stainless steel (316LSS) sa lainlaing aplikasyon gikarga ang mga katulin.Ang scatterplot nagpakita sa standard deviation sa mga sukod.Ang datos alang sa austenitic stainless steels gikuha gikan sa 8.
Samtang ang mga hardfacings sama sa chromium ug stellite makahatag og mas maayo nga pagsukol sa pagsul-ob kay sa mga additively machined alloy system, ang additive machining mahimo (1) makapauswag sa microstructure, ilabi na sa mga materyales nga adunay lain-laing mga densidad.mga operasyon sa katapusan nga bahin;ug (3) paghimo sa bag-ong mga topologies sa ibabaw sama sa integrated fluid dynamic bearings.Dugang pa, ang AM nagtanyag sa pagka-flexible sa geometric nga disenyo.Kini nga pagtuon labi na nga bag-o ug hinungdanon tungod kay kini hinungdanon aron matin-aw ang mga kinaiya sa pagsul-ob niining bag-ong naugmad nga mga metal nga haluang metal nga adunay EBM, diin ang karon nga literatura limitado kaayo.
Ang morpolohiya sa gisul-ob nga nawong ug ang morpolohiya sa gisul-ob nga mga sample sa 3 N gipakita sa fig.5, diin ang panguna nga mekanismo sa pagsul-ob mao ang abrasion nga gisundan sa oksihenasyon.Una, ang steel substrate kay plastically deformed ug dayon gikuha aron maporma ang mga grooves nga 1 hangtod 3 µm ang giladmon, sama sa gipakita sa surface profile (Fig. 5a).Tungod sa frictional heat nga namugna pinaagi sa padayon nga pag-slide, ang gikuha nga materyal nagpabilin sa interface sa tribological system, nga nagporma og tribological layer nga naglangkob sa gagmay nga mga isla sa taas nga iron oxide nga naglibot sa taas nga chromium ug vanadium carbide (Figure 5b ug Table 2).), ingon sa gitaho usab alang sa austenitic stainless steel nga gitambalan sa L-PBF15,17.Sa fig.Ang 5c ​​nagpakita sa grabe nga oksihenasyon nga nahitabo sa sentro sa pagsul-ob sa scar.Busa, ang pagporma sa friction layer gipadali pinaagi sa pagkaguba sa friction layer (ie, ang oxide layer) (Fig. 5f) o ang pagtangtang sa materyal mahitabo sa huyang nga mga dapit sulod sa microstructure, sa ingon pagpadali sa pagtangtang sa materyal.Sa duha nga mga kaso, ang pagkaguba sa friction layer nagdala ngadto sa pagporma sa mga produkto sa pagsul-ob sa interface, nga mahimong hinungdan sa kalagmitan sa pagtaas sa CoF sa steady state 3N (Fig. 3).Dugang pa, adunay mga timailhan sa tulo ka bahin nga pagsul-ob tungod sa mga oxide ug loose wear nga mga partikulo sa wear track, nga sa katapusan mosangpot sa pagporma sa micro-scratches sa substrate (Fig. 5b, e) 9,12,47.
Surface profile (a) ug photomicrographs (b–f) sa wear surface morphology sa high-carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa ELP sa 3 N, cross-section sa wear mark sa BSE mode (d) ug optical microscopy sa wear. nawong sa 3 N (g) alumina spheres.
Ang mga slip band nga naporma sa steel substrate, nga nagpakita sa plastic deformation tungod sa pagsul-ob (Fig. 5e).Ang parehas nga mga resulta nakuha usab sa usa ka pagtuon sa pamatasan sa pagsul-ob sa SS47 austenitic steel nga gitambalan sa L-PBF.Ang reorientation sa vanadium-rich carbides nagpakita usab sa plastic deformation sa steel matrix atol sa sliding (Fig. 5e).Ang mga micrographs sa cross section sa wear mark nagpakita sa presensya sa gagmay nga mga lingin nga gahong nga gilibutan sa mga microcracks (Fig. 5d), nga mahimong tungod sa sobra nga plastic deformation duol sa nawong.Ang pagbalhin sa materyal ngadto sa aluminum oxide spheres limitado, samtang ang mga sphere nagpabilin nga wala (Fig. 5g).
Ang gilapdon ug giladmon sa pagsul-ob sa mga sample misaka uban sa pagdugang sa load (sa 10 N), ingon sa gipakita sa ibabaw nga topograpiya mapa (Fig. 6a).Ang abrasion ug oksihenasyon mao gihapon ang dominanteng mekanismo sa pagsul-ob, ug ang pagtaas sa gidaghanon sa mga micro-scratches sa wear track nagpakita nga ang tulo ka bahin nga pagsul-ob mahitabo usab sa 10 N (Fig. 6b).Ang pagtuki sa EDX nagpakita sa pagkaporma sa mga isla nga puno sa iron oxide.Ang Al peaks sa spectra nagpamatuod nga ang pagbalhin sa substansiya gikan sa counterparty ngadto sa sample nahitabo sa 10 N (Fig. 6c ug Table 3), samtang wala kini nakita sa 3 N (Table 2).Ang pagsul-ob sa tulo ka lawas gipahinabo sa mga partikulo sa pagsul-ob gikan sa mga isla sa oxide ug mga analogue, diin ang detalyado nga pag-analisar sa EDX nagpadayag sa pagdala sa materyal gikan sa mga analogue (Supplementary Figure S3 ug Table S1).Ang pag-uswag sa mga isla sa oxide nalangkit sa lawom nga mga gahong, nga nakita usab sa 3N (Fig. 5).Ang pag-crack ug pagkabahin sa mga karbida kasagaran mahitabo sa mga karbida nga dato sa 10 N Cr (Fig. 6e, f).Dugang pa, ang taas nga V carbide nag-flake ug nagsul-ob sa palibot nga matrix, nga sa baylo hinungdan sa tulo ka bahin nga pagsul-ob.Usa ka gahong nga susama sa gidak-on ug porma sa taas nga V carbide (gi-highlight sa pula nga lingin) nagpakita usab sa cross section sa track (Fig. 6d) (tan-awa ang carbide size ug shape analysis. 3.1), nga nagpakita nga ang taas nga V carbide V mahimong flake sa matrix sa 10 N. Ang lingin nga porma sa taas nga V carbide makatampo sa pagbira epekto, samtang agglomerated taas nga Cr carbide prone sa cracking (Fig. 6e, f).Kini nga kinaiya sa kapakyasan nagpakita nga ang matrix milapas sa iyang abilidad sa pag-agwanta sa plastic deformation ug nga ang microstructure wala maghatag og igong epekto nga kusog sa 10 N. Vertical cracking ubos sa nawong (Fig. 6d) nagpakita sa intensity sa plastic deformation nga mahitabo sa panahon sa sliding.Samtang ang load nagdugang adunay usa ka pagbalhin sa materyal gikan sa gisul-ob track ngadto sa alumina bola (Fig. 6g), nga mahimong makanunayon nga kahimtang sa 10 N. Ang nag-unang rason sa pagkunhod sa CoF bili (Fig. 3).
Surface profile (a) ug photomicrographs (b–f) sa worn surface topography (b–f) sa high-carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa EBA sa 10 N, magsul-ob sa track cross-section sa BSE mode (d) ug optical microscope surface sa alumina sphere sa 10 N (g).
Atol sa sliding wear, ang nawong gipailalom sa antibody-induced compressive ug shear stresses, nga miresulta sa mahinungdanon nga plastic deformation ubos sa gisul-ob nga nawong34,48,49.Busa, ang pagpagahi sa trabaho mahimong mahitabo sa ubos sa nawong tungod sa plastic deformation, nga makaapekto sa pagsul-ob ug deformation nga mga mekanismo nga nagtino sa kinaiya sa pagsul-ob sa usa ka materyal.Busa, ang cross-sectional hardness mapping (sumala sa detalyado sa Seksyon 2.4) gihimo niini nga pagtuon aron mahibal-an ang pagpalambo sa usa ka plastic deformation zone (PDZ) ubos sa agianan sa pagsul-ob isip usa ka function sa load.Tungod kay, sama sa gihisgutan sa miaging mga seksyon, ang tin-aw nga mga timailhan sa plastic deformation nakita sa ubos sa wear trace (Fig. 5d, 6d), ilabi na sa 10 N.
Sa fig.Gipakita sa Figure 7 ang mga cross-sectional hardness diagram sa mga marka sa pagsul-ob sa HCMSS nga gitambalan sa ELP sa 3 N ug 10 N. Angay nga matikdan nga kini nga mga kantidad sa katig-a gigamit ingon usa ka indeks sa pagtimbang-timbang sa epekto sa pagpagahi sa trabaho.Ang pagbag-o sa katig-a ubos sa marka sa pagsul-ob gikan sa 667 ngadto sa 672 HV sa 3 N (Fig. 7a), nga nagpaila nga ang pagpagahi sa trabaho walay pagtagad.Tingali, tungod sa ubos nga resolusyon sa mapa sa microhardness (ie ang gilay-on tali sa mga marka), ang gigamit nga pamaagi sa pagsukod sa katig-a dili makamatikod sa mga pagbag-o sa katig-a.Sa kasukwahi, ang mga zone sa PDZ nga adunay mga kantidad sa katig-a gikan sa 677 hangtod 686 HV nga adunay labing taas nga giladmon nga 118 µm ug usa ka gitas-on nga 488 µm naobserbahan sa 10 N (Fig. 7b), nga adunay kalabotan sa gilapdon sa track sa pagsul-ob ( Fig. 6a)).Ang parehas nga datos sa kalainan sa gidak-on sa PDZ nga adunay load nakit-an sa usa ka pagtuon sa pagsul-ob sa SS47 nga gitambalan sa L-PBF.Ang mga resulta nagpakita nga ang presensya sa gipabilin nga austenite makaapekto sa ductility sa additively fabricated steels 3, 12, 50, ug gipabilin nga austenite transforms ngadto sa martensite sa panahon sa plastic deformation (plastik nga epekto sa phase kausaban), nga nagpalambo sa buhat sa pagpatig-a sa puthaw.steel 51. Tungod kay ang sample sa VCMSS adunay gipabilin nga austenite sumala sa X-ray diffraction pattern nga gihisgutan sa sayo pa (Fig. 2e), gisugyot nga ang gipabilin nga austenite sa microstructure mahimong mausab ngadto sa martensite sa panahon sa pagkontak, sa ingon nagdugang sa katig-a sa PDZ ( Fig. 7b).Dugang pa, ang pagporma sa slip nga nahitabo sa wear track (Fig. 5e, 6f) nagpakita usab sa plastic deformation tungod sa dislocation slip ubos sa aksyon sa shear stress sa sliding contact.Apan, ang shear stress nga gipahinabo sa 3 N dili igo aron makahimo og taas nga dislokasyon nga densidad o ang pagbag-o sa gipabilin nga austenite ngadto sa martensite nga naobserbahan sa pamaagi nga gigamit, mao nga ang pagpagahi sa trabaho naobserbahan lamang sa 10 N (Fig. 7b).
Cross-sectional hardness diagrams sa wear tracks sa high-carbon martensitic stainless steel nga gipailalom sa electrical discharge machining sa 3 N (a) ug 10 N (b).
Gipakita sa kini nga pagtuon ang pamatasan sa pagsul-ob ug microstructural nga mga kinaiya sa usa ka bag-ong taas nga carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa ELR.Ang mga pagsulay sa uga nga pagsul-ob gihimo sa pag-slide sa ilawom sa lainlaing mga karga, ug ang gisul-ob nga mga sample gisusi gamit ang electron microscopy, laser profilometer ug mga mapa sa katig-a sa mga cross-section sa mga track sa pagsul-ob.
Ang pag-analisa sa microstructural nagpadayag sa usa ka uniporme nga pag-apod-apod sa mga karbida nga adunay taas nga sulud sa chromium (~ 18.2% karbida) ug vanadium (~ 4.3% karbida) sa usa ka matrix nga martensite ug gipabilin nga austenite nga adunay medyo taas nga microhardness.Ang nagpatigbabaw nga mekanismo sa pagsul-ob mao ang pagsul-ob ug oksihenasyon sa mubu nga mga karga, samtang ang tulo-ka-lawas nga pagsul-ob nga gipahinabo sa pag-inat sa taas nga V carbide ug mga luag nga grain oxide nakatampo usab sa pagsul-ob sa pagtaas sa mga karga.Ang gidaghanon sa pagsul-ob mas maayo kay sa L-PBF ug conventional machined austenitic stainless steels, ug bisan susama sa EBM machined tool steels sa ubos nga load.Ang kantidad sa CoF mikunhod uban ang pagtaas sa karga tungod sa pagbalhin sa materyal sa kaatbang nga lawas.Gamit ang cross-sectional hardness mapping method, ang plastic deformation zone gipakita sa ubos sa wear mark.Posible nga pagpino sa lugas ug mga pagbalhin sa hugna sa matrix mahimong dugang nga imbestigahan gamit ang electron backscatter diffraction aron mas masabtan ang mga epekto sa pagpagahi sa trabaho.Ang mubu nga resolusyon sa mapa sa microhardness wala magtugot sa pagtan-aw sa katig-a sa wear zone sa ubos nga gipadapat nga mga karga, mao nga ang nanoindentation makahatag ug mas taas nga resolusyon sa katig-a nga mga kausaban gamit ang samang paagi.
Kini nga pagtuon nagpresentar sa unang higayon sa usa ka komprehensibo nga pagtuki sa pagsukol sa pagsul-ob ug frictional nga mga kabtangan sa usa ka bag-ong taas nga carbon martensitic stainless steel nga gitambalan sa ELR.Gikonsiderar ang kagawasan sa geometric nga disenyo sa AM ug ang posibilidad nga makunhuran ang mga lakang sa machining gamit ang AM, kini nga panukiduki mahimo’g maghatag dalan alang sa paghimo niining bag-ong materyal ug ang paggamit niini sa mga aparato nga may kalabotan sa pagsul-ob gikan sa mga shaft hangtod sa mga agup-op sa plastik nga injection nga adunay komplikado nga channel sa paglamig.
Bhat, BN Aerospace Materials and Applications, vol.255 (American Society of Aeronautics and Astronautics, 2018).
Bajaj, P. et al.Steel sa additive manufacturing: usa ka pagrepaso sa microstructure ug mga kabtangan niini.alma mater.ang siyensya.proyekto.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. ug Passeggio, F. Kadaot sa pagsul-ob sa nawong sa EN 3358 stainless steel aerospace nga mga sangkap sa panahon sa pag-slide.Panag-igsoonay.Ed.Integra nga Strut.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. et al.Additive nga Paggama sa Metal Components - Proseso, Istruktura, ug Pagganap.programming.alma mater.ang siyensya.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. ug Emmelmann S. Production sa metal additives.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM Internasyonal.Standard nga terminolohiya alang sa additive manufacturing nga teknolohiya.Paspas nga produksyon.Katabang nga propesor.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F. et al.Mekanikal ug tribological nga mga kabtangan sa 316L nga stainless steel - pagtandi sa pinili nga pagtunaw sa laser, init nga pagpamugos ug naandan nga paghulma.Idugang sa.tiggama.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., ug Pham, MS Microstructure Contribution sa Additively Fabricated 316L Stainless Steel Dry Sliding Wear Mechanisms ug Anisotropy.alma mater.dis.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. ug Tatlock GJ Mechanical nga tubag ug mga mekanismo sa deformation sa steel structures nga gipagahi sa iron oxide dispersion nga nakuha pinaagi sa selective laser melting.magasin.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI ug Akhtar, F. Mas taas nga pagkahan-ay sa mekanikal nga kalig-on human sa kainit nga pagtambal sa SLM 2507 sa lawak ug taas nga temperatura, inabagan sa gahi / ductile sigma precipitation.Metal (Basel).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., ug Li, S. Microstructure, post-heat reaction, ug tribological properties sa 3D-printed 17-4 PH stainless steel.Pagsul-ob og 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., ug Zhang, L. Densification nga kinaiya, microstructure evolution, ug mekanikal nga mga kabtangan sa TiC / AISI420 stainless steel composites nga hinimo sa pinili nga laser melting.alma mater.dis.187, 1–13 (2020).
Zhao X. ug uban pa.Ang paghimo ug pag-ila sa AISI 420 nga stainless steel gamit ang selective laser melting.alma mater.tiggama.proseso.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. ug Alrbey K. Sliding wear nga mga kinaiya ug corrosion nga kinaiya sa selective laser melting sa 316L stainless steel.J. Alma mater.proyekto.ipatuman.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. et al.Friction ug pagsul-ob sa powder-bed stainless steel ubos sa oil lubrication [J].Tribiol.internal 104, 183–190 (2016).