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ASTM A240 304 316 스테인레스 스틸 중간 두꺼운 플레이트를 절단하고 사용자 정의할 수 있습니다. 중국 공장 가격

재료 등급: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
유형:페라이트, 오스테나이트, 마르텐사이트, 듀플렉스
기술:냉간 압연 및 열간 압연
인증: 매년 ISO9001, CE, SGS
서비스: 제3자 테스트
배송 : 10-15일 이내 또는 수량을 고려

스테인레스강은 최소 크롬 함량이 10.5%인 철 합금입니다.크롬 함량은 강철 표면에 패시베이션 층이라고 불리는 얇은 크롬 산화막을 생성합니다.이 층은 강철 표면의 부식을 방지합니다.강철에 크롬 함량이 많을수록 내식성이 높아집니다.

강철에는 탄소, 실리콘, 망간과 같은 다양한 양의 다른 원소도 포함되어 있습니다.내식성(니켈)과 성형성(몰리브덴)을 높이기 위해 다른 원소를 추가할 수 있습니다.

약 22.5vol.로 구성된 고탄소 마르텐사이트 스테인리스강(HCMSS)의 거동.크롬(Cr)과 바나듐(V) 함량이 높은 탄화물 %를 전자빔 용해(EBM)로 고정했습니다.미세 구조는 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 상으로 구성되며, 서브미크론 고V 및 미크론 고Cr 탄화물이 고르게 분포되어 있으며 경도가 상대적으로 높습니다.CoF는 마모된 트랙에서 반대편 몸체로 재료가 전달되어 정상 상태 하중이 증가함에 따라 약 14.1% 감소합니다.동일한 방식으로 처리된 마르텐사이트 공구강과 비교하여 HCMSS의 마모율은 낮은 하중에서 거의 동일합니다.지배적인 마모 메커니즘은 마모에 의한 강철 매트릭스의 제거와 그에 따른 마모 트랙의 산화이며, 3성분 연마 마모는 하중이 증가함에 따라 발생합니다.단면 경도 매핑으로 식별된 마모 흉터 아래의 소성 변형 영역.마모 조건이 증가함에 따라 발생하는 특정 현상은 탄화물 균열, 높은 바나듐 탄화물 찢어짐 및 다이 균열로 설명됩니다.이 연구는 샤프트에서 플라스틱 사출 금형에 이르기까지 마모 응용 분야를 위한 EBM 부품 생산의 길을 열 수 있는 HCMSS 적층 가공의 마모 특성을 조명합니다.
스테인레스강(SS)은 높은 내식성과 적합한 기계적 특성으로 인해 항공우주, 자동차, 식품 및 기타 여러 응용 분야에서 널리 사용되는 다용도 철강 제품군입니다.내식성이 높은 이유는 HC의 크롬 함량이 높기 때문입니다(11.5wt.% 이상). 이는 표면에 크롬 함량이 높은 산화막을 형성하는 데 기여합니다1.그러나 대부분의 스테인리스강 등급은 탄소 함량이 낮기 때문에 경도와 내마모성이 제한되어 있어 항공우주 착륙 부품과 같은 마모 관련 장치의 사용 수명이 단축됩니다4.일반적으로 경도가 낮습니다(180~450HV 범위). 일부 열처리된 마텐자이트계 스테인리스강만이 경도가 높고(최대 700HV) 탄소 함량이 높습니다(최대 1.2wt%). 마르텐사이트 형성.1. 즉, 탄소 함량이 높으면 마르텐사이트 변태 온도가 낮아져 완전한 마르텐사이트 미세 조직이 형성되고 높은 냉각 속도에서 내마모성 미세 조직을 얻을 수 있습니다.다이의 내마모성을 더욱 향상시키기 위해 강철 매트릭스에 단단한 상(예: 탄화물)을 추가할 수 있습니다.
적층 가공(AM)을 도입하면 원하는 구성, 미세 구조 특징 및 우수한 기계적 특성을 갖춘 새로운 재료를 생산할 수 있습니다5,6.예를 들어, 가장 상용화된 적층 용접 공정 중 하나인 PBF(분말층 용해)에는 사전 합금된 분말을 증착하여 레이저나 전자 빔과 같은 열원을 사용하여 분말을 녹여 조밀한 형상의 부품을 형성하는 작업이 포함됩니다7.여러 연구에 따르면 적층 가공된 스테인리스강 부품은 기존 방식으로 제작된 부품보다 성능이 더 뛰어난 것으로 나타났습니다.예를 들어, 적층 가공을 거친 오스테나이트계 스테인리스강은 더 미세한 미세 구조(즉, Hall-Petch 관계)로 인해 우수한 기계적 특성을 갖는 것으로 나타났습니다3,8,9.AM 처리된 페라이트계 스테인레스 강의 열처리는 기존 대응물3,10과 유사한 기계적 특성을 제공하는 추가 침전물을 생성합니다.고강도 및 경도가 높은 이중상 스테인리스강을 채택하고 적층 가공을 통해 가공했으며 미세 구조의 크롬이 풍부한 금속간 상으로 인해 기계적 특성이 향상되었습니다11.또한, 미세 구조에서 잔류 오스테나이트를 제어하고 기계 가공 및 열처리 매개변수를 최적화하여 첨가 경화 마르텐사이트 및 PH 스테인리스 강의 향상된 기계적 특성을 얻을 수 있습니다 3,12,13,14.
현재까지 AM 오스테나이트 스테인리스강의 마찰학적 특성은 다른 스테인리스강보다 더 많은 관심을 받아왔습니다.316L로 처리된 분말 층(L-PBF)에서 레이저 용융의 마찰학적 거동을 AM 가공 매개변수의 함수로 연구했습니다.스캐닝 속도를 줄이거나 레이저 출력을 높여 다공성을 최소화하면 내마모성을 향상시킬 수 있는 것으로 나타났습니다15,16.Li 등17은 다양한 매개변수(하중, 주파수 및 온도)에서 건식 슬라이딩 마모를 테스트하고 실온 마모가 주요 마모 메커니즘인 반면 슬라이딩 속도와 온도를 높이면 산화가 촉진된다는 것을 보여주었습니다.생성된 산화물 층은 베어링의 작동을 보장하고 온도가 증가함에 따라 마찰이 감소하며 온도가 높아질수록 마모율이 증가합니다.다른 연구에서는 L-PBF 처리된 316L 매트릭스에 TiC18, TiB219 및 SiC20 입자를 첨가하면 경질 입자의 부피 분율이 증가하면서 조밀한 가공 경화 마찰층을 형성하여 내마모성이 향상되었습니다.보호 산화물 층은 L-PBF12 처리된 PH 강과 SS11 이중 강에서도 관찰되었으며, 이는 후열 처리12에 의해 잔류 오스테나이트를 제한하면 내마모성이 향상될 수 있음을 나타냅니다.여기에 요약된 바와 같이 문헌은 주로 316L SS 시리즈의 마찰 성능에 초점을 맞추고 있는 반면, 탄소 함량이 훨씬 더 높은 일련의 마르텐사이트 적층 가공 스테인리스강의 마찰 성능에 대한 데이터는 거의 없습니다.
전자빔 용해(EBM)는 더 높은 온도 및 스캔 속도에 도달할 수 있는 능력으로 인해 높은 바나듐 및 크롬 탄화물과 같은 내화성 탄화물로 미세 구조를 형성할 수 있는 L-PBF와 유사한 기술입니다. 스테인레스의 EBM 처리에 관한 기존 문헌 강철은 균열과 기공이 없는 미세 구조를 얻고 기계적 특성을 향상시키기 위해 최적의 ELM 처리 매개 변수를 결정하는 데 주로 중점을 두는 동시에 EBM 처리 스테인레스 강철의 마찰 특성에 대해 연구합니다.지금까지 ELR로 처리된 고탄소 마르텐사이트 스테인리스강의 마모 메커니즘은 제한된 조건에서 연구되었으며 연마(사포 시험), 건조 및 진흙 침식 조건에서 심각한 소성 변형이 발생하는 것으로 보고되었습니다.
본 연구에서는 아래 설명된 건식 슬라이딩 조건에서 ELR로 처리된 고탄소 마텐자이트 스테인리스강의 내마모성과 마찰 특성을 조사했습니다.첫째, 미세구조적 특징은 주사전자현미경(SEM), 에너지 분산형 X선 분광법(EDX), X선 회절 및 이미지 분석을 사용하여 특성화되었습니다.이러한 방법으로 얻은 데이터는 다양한 하중 하에서 건식 왕복 시험을 통해 마찰학적 거동을 관찰하기 위한 기초로 사용되며 마지막으로 SEM-EDX 및 레이저 프로파일로미터를 사용하여 마모 표면 형태를 검사합니다.마모율을 정량화하고 유사하게 처리된 마르텐사이트 공구강과 비교했습니다.이는 이 SS 시스템을 동일한 유형의 처리를 통해 보다 일반적으로 사용되는 마모 시스템과 비교하기 위한 기초를 만들기 위해 수행되었습니다.마지막으로 마모 경로의 단면 맵은 접촉 중에 발생하는 소성 변형을 나타내는 경도 매핑 알고리즘을 사용하여 표시됩니다.본 연구의 마찰공학 테스트는 이 신소재의 마찰공학적 특성을 더 잘 이해하기 위해 수행된 것이지 특정 용도를 시뮬레이션하기 위해 수행된 것이 아닙니다.이 연구는 혹독한 환경에서 작동해야 하는 마모 응용 분야를 위해 새로운 첨가 방식으로 생산된 마르텐사이트 스테인리스강의 마찰 특성을 더 잘 이해하는 데 도움이 됩니다.
Vibenite® 350이라는 브랜드 이름으로 ELR로 처리된 고탄소 마르텐사이트 스테인리스강(HCMSS) 샘플은 스웨덴의 VBN Components AB에서 개발 및 공급되었습니다.샘플의 공칭 화학 조성: 1.9C, 20.0Cr, 1.0Mo, 4.0V, 73.1Fe(wt.%).먼저, 얻어진 직사각형 시편(42 mm × 22 mm × 7 mm)을 방전가공(EDM)을 이용하여 후열처리 없이 건식 슬라이딩 시편(40 mm × 20 mm × 5 mm)을 제작하였다.그런 다음, 입자 크기가 240~2400R인 SiC 사포를 사용하여 샘플을 연속적으로 연마하여 약 0.15μm의 표면 거칠기(Ra)를 얻었습니다.또한 공칭 화학 조성이 1.5 C, 4.0 Cr, 2.5 Mo, 2.5 W, 4.0 V, 85.5 Fe(wt. .%)인 EBM 처리된 고탄소 마르텐사이트 공구강(HCMTS) 시편(상업적으로 Vibenite® 150) 역시 같은 방법으로 준비합니다.HCMTS는 부피 기준으로 8%의 탄화물을 함유하고 있으며 HCMSS 마모율 데이터를 비교하는 데에만 사용됩니다.
HCMSS의 미세구조적 특성화는 Oxford Instruments의 에너지 분산 X선(EDX) XMax80 검출기가 장착된 SEM(FEI Quanta 250, USA)을 사용하여 수행되었습니다.3500 µm2를 포함하는 3개의 무작위 현미경 사진을 후방 산란 전자(BSE) 모드에서 촬영한 다음 이미지 분석(ImageJ®)28을 사용하여 분석하여 면적 비율(예: 부피 비율), 크기 및 모양을 결정했습니다.관찰된 특징적인 형태로 인해 면적 분율은 부피 분율과 동일하게 간주되었습니다.또한 탄화물의 형상 계수는 형상 계수 방정식(Shfa)을 사용하여 계산됩니다.
여기서 Ai는 탄화물의 면적(μm2)이고 Pi는 탄화물의 둘레(μm)29이다.상을 확인하기 위해 Co-Kα 방사선(λ = 1.79026 Å)을 사용하여 X선 회절계(LynxEye 1D 스트립 검출기를 갖춘 Bruker D8 Discover)를 사용하여 분말 X선 회절(XRD)을 수행했습니다.0.02°의 단계 크기와 2초의 단계 시간으로 35°~130°의 2θ 범위에서 샘플을 스캔합니다.XRD 데이터는 2021년에 결정학 데이터베이스를 업데이트한 Diffract.EVA 소프트웨어를 사용하여 분석되었습니다. 또한 미세 경도를 결정하기 위해 Vickers 경도 시험기(Struers Durascan 80, Austria)를 사용했습니다.ASTM E384-17 30 표준에 따라 금속 조직학적으로 준비된 샘플에 5 kgf에서 10초 동안 0.35 mm 증분으로 30개의 인쇄물이 만들어졌습니다.저자는 이전에 HCMTS31의 미세 구조적 특징을 특성화했습니다.
볼 플레이트 마찰계(Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, USA)를 사용하여 건식 왕복 마모 시험을 수행했으며 그 구성은 다른 곳에서 자세히 설명되어 있습니다.테스트 매개변수는 다음과 같습니다: 표준 32 ASTM G133-05에 따라 하중 3N, 주파수 1Hz, 스트로크 3mm, 지속 시간 1시간.균형추로는 직경 10mm, 매크로 경도 약 1500HV, 표면 거칠기(Ra) 약 0.05μm의 산화알루미늄 볼(Al2O3, 정확도 등급 28/ISO 3290)을 균형추로 사용했습니다. .Balancing은 Balancing으로 인해 발생할 수 있는 산화 영향을 방지하고 심한 마모 조건에서 시편의 마모 메커니즘을 더 잘 이해하기 위해 선택.마모율 데이터를 기존 연구와 비교하기 위해 시험 변수는 Ref.8과 동일하다는 점에 유의해야 합니다.또한, 다른 테스트 매개변수는 일정하게 유지하면서 더 높은 하중에서의 마찰공학적 성능을 검증하기 위해 10N의 하중을 사용한 일련의 왕복 테스트를 수행했습니다.헤르츠에 따른 초기 접촉 압력은 3N과 10N에서 각각 7.7MPa와 11.5MPa입니다.마모 시험 동안 마찰력은 45Hz의 주파수에서 기록되었으며 평균 마찰 계수(CoF)가 계산되었습니다.각 하중에 대해 주변 조건에서 3회 측정을 수행했습니다.
위에서 설명한 SEM을 사용하여 마모 궤적을 조사하고 Aztec Acquisition 마모 표면 분석 소프트웨어를 사용하여 EMF 분석을 수행했습니다.한 쌍의 큐브의 마모된 표면을 광학현미경(Keyence VHX-5000, Japan)을 사용하여 검사하였다.비접촉식 레이저 프로파일러(NanoFocus µScan, 독일)는 z축을 따라 ±0.1μm, x 및 y축을 따라 5μm의 수직 해상도로 마모 표시를 스캔했습니다.마모 흉터 표면 프로파일 맵은 프로파일 측정에서 얻은 x, y, z 좌표를 사용하여 Matlab®에서 생성되었습니다.표면 프로파일 맵에서 추출된 여러 수직 마모 경로 프로파일은 마모 경로의 마모량 손실을 계산하는 데 사용됩니다.부피 손실은 와이어 프로파일의 평균 단면적과 마모 트랙 길이의 곱으로 계산되었으며 이 방법의 추가 세부 사항은 이전에 저자에 의해 설명되었습니다.여기에서 특정 마모율(k)은 다음 공식으로 구합니다.
여기서 V는 마모로 인한 부피 손실(mm3), W는 적용된 하중(N), L은 슬라이딩 거리(mm), k는 특정 마모율(mm3/Nm)34입니다.HCMTS 마모율을 비교하기 위해 HCMTS에 대한 마찰 데이터 및 표면 프로파일 맵이 보충 자료(보충 그림 S1 및 그림 S2)에 포함되어 있습니다.
본 연구에서는 마모 영역의 소성 변형 거동(즉, 접촉 압력으로 인한 가공 경화)을 입증하기 위해 마모 경로의 단면 경도 맵을 사용했습니다.연마된 샘플을 절단기(Struers Accutom-5, Austria)에서 산화알루미늄 절단휠로 절단하고, 샘플의 두께를 따라 240~4000P 등급의 SiC 사포로 연마하였다.ASTM E348-17에 따라 0.5kgf 10s 및 0.1mm 거리에서 미세 경도 측정.인쇄물은 표면 아래 약 60μm(그림 1)에 있는 1.26 × 0.3mm2 직사각형 격자에 배치된 다음 다른 곳에서 설명한 맞춤형 Matlab® 코드를 사용하여 경도 맵을 렌더링했습니다35.또한 SEM을 이용하여 마모영역 단면의 미세구조를 조사하였다.
단면(a)의 위치를 ​​보여주는 마모 흔적의 개략도와 단면(b)에서 식별된 흔적을 보여주는 경도 지도의 광학 현미경 사진.
ELP로 처리된 HCMSS의 미세구조는 매트릭스로 둘러싸인 균일한 탄화물 네트워크로 구성됩니다(그림 2a, b).EDX 분석에 따르면 회색 탄화물과 어두운 탄화물은 각각 크롬과 바나듐이 풍부한 탄화물인 것으로 나타났습니다(표 1).이미지 분석을 통해 계산된 탄화물의 부피 분율은 ~22.5%(고 크롬 탄화물 ~18.2% 및 고 바나듐 탄화물 ~4.3%)로 추정됩니다.표준 편차가 있는 평균 입자 크기는 V 및 Cr이 풍부한 탄화물에 대해 각각 0.64 ± 0.2 μm 및 1.84 ± 0.4 μm입니다(그림 2c, d).높은 V 탄화물은 1에 가까운 형상 계수 값이 둥근 탄화물에 해당하기 때문에 약 0.88±0.03의 형상 계수(±SD)로 더 둥근 경향이 있습니다.대조적으로, 고크롬 탄화물은 응집으로 인해 약 0.56 ± 0.01의 형상 계수로 완벽하게 둥글지 않습니다.마르텐사이트(α, bcc)와 잔류 오스테나이트(γ', fcc) 회절 피크는 그림 2e와 같이 HCMSS X-선 패턴에서 검출되었습니다.또한, X-선 패턴은 2차 탄화물의 존재를 보여줍니다.높은 크롬 탄화물은 M3C2 및 M23C6 유형의 탄화물로 확인되었습니다.문헌 데이터에 따르면, VC 탄화물의 회절 피크는 43° 및 63°에서 기록되었으며, 이는 VC 피크가 크롬이 풍부한 탄화물의 M23C6 피크에 의해 가려져 있음을 나타냅니다(그림 2e).
EBL로 처리된 고탄소 마르텐사이트 스테인리스강의 미세구조(a) 저배율 및 (b) 고배율. 크롬 및 바나듐이 풍부한 탄화물과 스테인리스강 매트릭스(전자 후방 산란 모드)를 보여줍니다.크롬이 풍부한(c) 탄화물과 바나듐이 풍부한(d) 탄화물의 입자 크기 분포를 보여주는 막대 그래프.X선 패턴은 미세 구조(d)에 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트 및 탄화물이 존재함을 보여줍니다.
평균 미세경도는 625.7+7.5HV5로 기존 열처리를 하지 않은 마르텐사이트계 스테인리스강(450HV)1에 비해 상대적으로 높은 경도를 나타냅니다.높은 V 탄화물과 높은 Cr 탄화물의 나노압입 경도는 각각 12~32.5 GPa39 및 13~22 GPa40인 것으로 보고되었습니다.따라서 ELP로 처리된 HCMSS의 높은 경도는 탄소 함량이 높기 때문에 탄화물 네트워크 형성을 촉진합니다.따라서 ELP로 처리된 HSMSS는 별도의 후열처리 없이 우수한 미세구조 특성과 경도를 나타냅니다.
3N과 10N의 샘플에 대한 평균 마찰 계수(CoF) 곡선이 그림 3에 나와 있으며, 최소 및 최대 마찰 값의 범위는 반투명 음영으로 표시되어 있습니다.각 곡선은 실행 단계와 정상 상태 단계를 보여줍니다.런인 단계는 마찰이 멈출 때 위상 정상 상태에 들어가기 전에 CoF(±SD)가 0.41 ± 0.24.3 N인 1.2m에서 끝나고 CoF가 0.71 ± 0.16.10 N인 3.7m에서 끝납니다.빨리 변하지 않습니다.작은 접촉 면적과 거친 초기 소성 변형으로 인해 3N과 10N의 길들이기 단계에서 마찰력이 급격히 증가했으며, 10N에서 더 높은 마찰력과 더 긴 슬라이딩 거리가 발생했습니다. 3N에 비해 표면 손상이 더 높다는 점입니다.3N과 10N의 경우 고정상의 CoF 값은 각각 0.78±0.05와 0.67±0.01이다.CoF는 10N에서 실질적으로 안정적이고 3N에서 점진적으로 증가합니다. 제한된 문헌에서 낮은 적용 하중에서 세라믹 반응체와 비교하여 L-PBF 처리 스테인레스 강의 CoF 범위는 0.5~0.728, 20, 42이며 이는 본 연구에서 측정된 CoF 값과 잘 일치합니다.정상상태(약 14.1%)에서 하중이 증가함에 따라 CoF가 감소하는 것은 마모된 표면과 대응물 사이의 경계면에서 발생하는 표면 열화에 기인할 수 있으며, 이에 대해서는 표면 분석을 통해 다음 섹션에서 자세히 논의할 것입니다. 착용된 샘플.
3N 및 10N의 슬라이딩 경로에서 ELP로 처리된 VSMSS 시편의 마찰 계수, 고정상이 각 곡선에 표시됩니다.
HKMS(625.7 HV)의 특정 마모율은 3 N과 10 N에서 각각 6.56 ± 0.33 × 10-6 mm3/Nm 및 9.66 ± 0.37 × 10-6 mm3/Nm로 추정됩니다(그림 4).따라서 하중이 증가함에 따라 마모율이 증가하며 이는 L-PBF 및 PH SS17,43로 처리된 오스테나이트에 대한 기존 연구와 잘 일치합니다.동일한 마찰학적 조건에서 3N에서의 마모율은 이전 사례와 마찬가지로 L-PBF(k = 3.50 ± 0.3 × 10-5 mm3/Nm, 229 HV)로 처리된 오스테나이트 스테인리스강의 약 1/5입니다. .8. 또한 3N에서 HCMSS의 마모율은 기존 가공된 오스테나이트 스테인리스강보다 상당히 낮았으며 특히 등방성 프레스강(k = 4.20 ± 0.3 × 10-5mm3)보다 높았습니다./Nm, 176 HV) 및 주조(k = 4.70 ± 0.3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV) 가공된 오스테나이트 스테인리스강, 각각 8개.문헌의 이러한 연구와 비교하여, HCMSS의 향상된 내마모성은 높은 탄소 함량과 형성된 탄화물 네트워크로 인해 기존 가공된 오스테나이트 스테인리스강보다 경도가 높아졌기 때문입니다.HCMSS 시편의 마모율을 추가로 연구하기 위해 유사하게 가공된 고탄소 마르텐사이트 공구강(HCMTS) 시편(경도 790HV)을 유사한 조건(3N 및 10N)에서 비교 테스트했습니다.보충 자료는 HCMTS 표면 프로파일 맵(보충 그림 S2)입니다.HCMSS의 마모율(k = 6.56 ± 0.34 × 10-6 mm3/Nm)은 3N에서 HCMTS의 마모율(k = 6.65 ± 0.68 × 10-6 mm3/Nm)과 거의 동일하여 내마모성이 우수함을 나타냅니다. .이러한 특성은 주로 HCMSS의 미세 구조적 특징(즉, 섹션 3.1에 설명된 바와 같이 매트릭스 내 탄화물 입자의 높은 탄화물 함량, 크기, 모양 및 분포)에 기인합니다.이전에 보고된 바와 같이31,44, 탄화물 함량은 마모 흉터의 폭과 깊이 및 미세 연마 마모 메커니즘에 영향을 미칩니다.그러나 탄화물 함량은 10N에서 다이를 보호하기에 충분하지 않아 마모가 증가합니다.다음 섹션에서는 마모 표면 형태 및 지형을 사용하여 HCMSS 마모율에 영향을 미치는 기본 마모 및 변형 메커니즘을 설명합니다.10N에서 VCMSS의 마모율(k = 9.66 ± 0.37 × 10-6 mm3/Nm)은 VKMTS(k = 5.45 ± 0.69 × 10-6 mm3/Nm)의 마모율보다 높습니다.반대로 이러한 마모율은 여전히 ​​매우 높습니다. 유사한 테스트 조건에서 크롬 및 스텔라이트 기반 코팅의 마모율은 HCMSS45,46보다 낮습니다.마지막으로, 알루미나(1500HV)의 높은 경도로 인해 결합 마모율은 무시할 수 있을 정도로 작았으며 시편에서 알루미늄 볼로 재료가 이동한 흔적이 발견되었습니다.
다양한 응용 분야에서 고탄소 마르텐사이트계 스테인리스강(HMCSS)의 ELR 가공, 고탄소 마르텐사이트계 공구강(HCMTS) 및 L-PBF의 ELR 가공, 오스테나이트계 스테인리스강(316LSS)의 주조 및 고등방성 프레싱(HIP) 가공의 특정 마모 속도가 로드됩니다.산점도는 측정값의 표준 편차를 보여줍니다.오스테나이트계 스테인리스 강의 데이터는 8에서 가져옵니다.
크롬 및 스텔라이트와 같은 하드페이싱은 적층 가공된 합금 시스템보다 더 나은 내마모성을 제공할 수 있지만, 적층 가공은 (1) 특히 다양한 밀도를 가진 재료의 미세 구조를 개선할 수 있습니다.끝 부분에 대한 작업;(3) 통합 유체 역학 베어링과 같은 새로운 표면 토폴로지 생성.또한 AM은 기하학적 설계 유연성을 제공합니다.이 연구는 현재 문헌이 매우 제한되어 있는 EBM을 사용하여 새로 개발된 금속 합금의 마모 특성을 설명하는 것이 중요하기 때문에 특히 새롭고 중요합니다.
마모된 표면의 형태와 3N에서 마모된 샘플의 형태가 그림에 나와 있습니다.5, 여기서 주요 마모 메커니즘은 마모와 산화입니다.먼저, 강철 기판을 소성 변형시킨 후 제거하여 표면 프로파일에 표시된 대로(그림 5a) 깊이 1~3μm의 홈을 형성합니다.지속적인 슬라이딩에 의해 생성된 마찰열로 인해 제거된 재료는 마찰 시스템의 경계면에 남아 고 크롬 및 바나듐 탄화물을 둘러싸는 고 산화철의 작은 섬으로 구성된 마찰 공학 층을 형성합니다(그림 5b 및 표 2).), L-PBF15,17로 처리된 오스테나이트계 스테인리스강에 대해서도 보고된 바와 같습니다.그림에.도 5c는 마모 흉터의 중심에서 발생하는 강렬한 산화를 보여준다.따라서, 마찰층(즉, 산화물층)의 파괴에 의해 마찰층의 형성이 촉진되거나(도 5f), 미세구조 내 취약한 부분에서 물질의 제거가 일어나 물질의 제거가 가속화된다.두 경우 모두 마찰층의 파괴로 인해 계면에서 마모 생성물이 형성되며 이는 정상 상태 3N에서 CoF가 증가하는 경향이 있을 수 있습니다(그림 3).또한 마모 트랙에 산화물과 느슨한 마모 입자로 인한 세 부분 마모의 징후가 있으며 이는 궁극적으로 기판에 미세 스크래치가 형성됩니다(그림 5b, e)9,12,47.
3N에서 ELP로 처리된 고탄소 마르텐사이트 스테인리스 강의 마모 표면 형태에 대한 표면 프로파일(a) 및 현미경 사진(b-f), BSE 모드(d)의 마모 마크 단면 및 마모의 광학 현미경 3N(g) 알루미나 구체의 표면.
강철 기판에 형성된 슬립 밴드는 마모로 인한 소성 변형을 나타냅니다(그림 5e).L-PBF로 처리된 SS47 오스테나이트 강의 마모 거동에 대한 연구에서도 유사한 결과가 얻어졌습니다.바나듐이 풍부한 탄화물의 방향 전환은 또한 슬라이딩 중 강철 매트릭스의 소성 변형을 나타냅니다(그림 5e).마모 마크 단면의 현미경 사진은 표면 근처의 과도한 소성 변형으로 인해 미세 균열로 둘러싸인 작은 둥근 구멍이 있음을 보여줍니다(그림 5d).산화알루미늄 구체로의 물질 전달은 제한되었지만 구체는 그대로 유지되었습니다(그림 5g).
표면 지형도(그림 6a)에 표시된 것처럼 하중이 증가함에 따라(10N에서) 샘플의 마모 폭과 깊이가 증가했습니다.마모와 산화는 여전히 지배적인 마모 메커니즘이며 마모 트랙의 미세 스크래치 수가 증가하면 10N에서도 세 부분 마모가 발생함을 나타냅니다(그림 6b).EDX 분석은 철이 풍부한 산화물 섬의 형성을 보여주었습니다.스펙트럼의 Al 피크는 상대방에서 샘플로의 물질 이동이 10N에서 발생했지만(그림 6c 및 표 3), 3N에서는 관찰되지 않았음을 확인했습니다(표 2).3체 마모는 산화물 섬 및 유사체의 마모 입자로 인해 발생하며, 상세한 EDX 분석을 통해 유사체의 재료 이월이 밝혀졌습니다(보충 그림 S3 및 표 S1).산화물 섬의 발달은 깊은 구덩이와 연관되어 있으며 이는 3N에서도 관찰됩니다(그림 5).탄화물의 균열 및 조각화는 주로 10N Cr이 풍부한 탄화물에서 발생합니다(그림 6e, f).또한, 높은 V 탄화물은 박편을 형성하고 주변 매트릭스를 마모시켜 결과적으로 세 부분 마모를 유발합니다.높은 V 카바이드(빨간색 원으로 강조 표시됨)와 유사한 크기와 모양의 피트도 트랙의 단면에 나타났습니다(그림 6d)(카바이드 크기 및 모양 분석 3.1 참조). 탄화물 V는 10N에서 매트릭스에서 벗겨질 수 있습니다. 높은 V 탄화물의 둥근 모양은 당기는 효과에 기여하는 반면, 응집된 높은 Cr 탄화물은 균열이 발생하기 쉽습니다(그림 6e, f).이 파손 거동은 매트릭스가 소성 변형을 견딜 수 있는 능력을 초과했으며 미세 구조가 10N에서 충분한 충격 강도를 제공하지 않음을 나타냅니다. 표면 아래의 수직 균열(그림 6d)은 슬라이딩 중에 발생하는 소성 변형의 강도를 나타냅니다.하중이 증가함에 따라 마모된 트랙에서 알루미나 볼로 재료가 이동하며(그림 6g), 이는 10N에서 정상 상태일 수 있습니다. CoF 값이 감소하는 주요 원인입니다(그림 3).
10N에서 EBA로 처리된 고탄소 마텐자이트 스테인리스강의 마모 표면 지형(b-f)의 표면 프로파일(a) 및 현미경 사진(b-f), BSE 모드(d) 및 광학 현미경 표면의 마모 트랙 단면 10 N(g)의 알루미나 구체.
슬라이딩 마모 동안 표면은 항체로 인한 압축 및 전단 응력을 받아 마모된 표면 아래에 상당한 소성 변형이 발생합니다.따라서 소성 변형으로 인해 표면 아래에서 가공 경화가 발생하여 재료의 마모 거동을 결정하는 마모 및 변형 메커니즘에 영향을 줄 수 있습니다.따라서 본 연구에서는 하중의 함수로서 마모 경로 아래 소성 변형 영역(PDZ)의 발달을 결정하기 위해 단면 경도 매핑(2.4절에 자세히 설명)을 수행했습니다.이전 섹션에서 언급한 바와 같이 특히 10N에서 마모 흔적 아래(그림 5d, 6d) 소성 변형의 명확한 징후가 관찰되었습니다.
그림에.그림 7은 3N과 10N에서 ELP로 처리된 HCMSS의 마모 흔적에 대한 단면 경도 다이어그램을 보여줍니다. 이러한 경도 값이 가공 경화 효과를 평가하는 지표로 사용되었다는 점은 주목할 가치가 있습니다.마모 표시 아래의 경도 변화는 3N에서 667에서 672HV로(그림 7a), 이는 가공 경화가 무시할 수 있음을 나타냅니다.아마도 마이크로 경도 맵의 해상도(즉, 마크 사이의 거리)가 낮기 때문에 적용된 경도 측정 방법은 경도 변화를 감지할 수 없었을 것입니다.반대로, 최대 깊이 118μm, 길이 488μm의 경도 값이 677~686HV인 PDZ 영역이 10N에서 관찰되었으며(그림 7b), 이는 마모 트랙의 폭과 관련이 있습니다(그림 7b). 그림 6a)).하중에 따른 PDZ 크기 변화에 대한 유사한 데이터는 L-PBF로 처리된 SS47에 대한 마모 연구에서 발견되었습니다.결과는 잔류 오스테나이트의 존재가 적층 가공된 강 3, 12, 50의 연성에 영향을 미치고, 소성 변형 중에 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하여(상 변태의 소성 효과) 강의 가공 경화를 향상시킨다는 것을 보여줍니다.steel 51. VCMSS 샘플은 앞서 논의한 X-선 회절 패턴에 따라 잔류 오스테나이트를 함유하고 있기 때문에(그림 2e), 미세 조직에 잔류 오스테나이트가 접촉 중에 마르텐사이트로 변태하여 PDZ의 경도를 증가시킬 수 있다고 제안되었습니다(그림 2e). 그림 7b).또한 마모 트랙에서 발생하는 슬립의 형성(그림 5e, 6f)은 슬라이딩 접촉에서 전단 응력의 작용으로 전위 슬립으로 인한 소성 변형을 나타냅니다.그러나 3N에서 유도된 전단응력은 높은 전위밀도를 생성하거나 사용된 방법으로 관찰된 잔류 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태를 생성하기에는 불충분하여 10N에서만 가공경화가 관찰되었다(그림 7b).
3N(a) 및 10N(b)에서 방전 가공을 거친 고탄소 마르텐사이트 스테인리스강 마모 트랙의 단면 경도 다이어그램.
이 연구는 ELR로 처리된 새로운 고탄소 마텐자이트 스테인리스 강의 마모 거동과 미세 구조 특성을 보여줍니다.다양한 하중 하에서 슬라이딩에 대한 건식 마모 시험을 수행하고 전자 현미경, 레이저 프로파일로미터 및 마모 트랙 단면의 경도 맵을 사용하여 마모된 샘플을 검사했습니다.
미세 구조 분석을 통해 마르텐사이트 매트릭스에 크롬 함량이 높은(~18.2% 탄화물) 및 바나듐(~4.3% 탄화물) 탄화물이 균일하게 분포되어 있고 상대적으로 미세 경도가 높은 잔류 오스테나이트가 있는 것으로 나타났습니다.지배적인 마모 메커니즘은 낮은 하중에서의 마모와 산화이며, 늘어나는 높은 V 탄화물과 느슨한 입자 산화물로 인한 삼체 마모도 증가하는 하중에서 마모에 기여합니다.마모율은 L-PBF 및 기존 가공된 오스테나이트 스테인리스강보다 우수하며 낮은 하중에서는 EBM 가공 공구강과 비슷합니다.CoF 값은 재료가 반대 몸체로 전달되기 때문에 하중이 증가함에 따라 감소합니다.단면 경도 매핑 방법을 사용하여 소성 변형 영역이 마모 표시 아래에 표시됩니다.가공 경화의 효과를 더 잘 이해하기 위해 전자 후방 산란 회절을 사용하여 매트릭스의 가능한 결정립 미세화 및 상전이를 추가로 조사할 수 있습니다.마이크로 경도 맵의 낮은 해상도는 낮은 적용 하중에서 마모 영역 경도의 시각화를 허용하지 않으므로 나노압입은 동일한 방법을 사용하여 더 높은 해상도의 경도 변화를 제공할 수 있습니다.
이 연구는 처음으로 ELR로 처리된 새로운 고탄소 마르텐사이트 스테인리스강의 내마모성과 마찰 특성에 대한 포괄적인 분석을 제시합니다.AM의 기하학적 설계 자유도와 AM을 통한 가공 단계 감소 가능성을 고려하면, 이 연구는 이 신소재를 생산하고 샤프트에서 복잡한 냉각 채널이 있는 플라스틱 사출 금형에 이르기까지 마모 관련 장치에 사용할 수 있는 길을 열어줄 수 있습니다.
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