شكرا لكم لزيارة Nature.com.أنت تستخدم إصدار متصفح مع دعم محدود لـ CSS.للحصول على أفضل تجربة، نوصي باستخدام متصفح محدث (أو تعطيل وضع التوافق في Internet Explorer).بالإضافة إلى ذلك، ولضمان استمرار الدعم، نعرض الموقع بدون أنماط وجافا سكريبت.
أشرطة التمرير تعرض ثلاث مقالات لكل شريحة.استخدم زري الرجوع والتالي للتنقل عبر الشرائح، أو أزرار التحكم في الشرائح الموجودة في النهاية للتنقل خلال كل شريحة.

ASTM A240 304 316 الفولاذ المقاوم للصدأ لوحة سميكة متوسطة يمكن قطعها وتخصيص سعر المصنع الصيني

درجة المواد: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
النوع: حديدي، أوستينيت، مارتنزيت، دوبلكس
التكنولوجيا: المدرفلة على البارد والمدلفن على الساخن
الشهادات: ISO9001، CE، SGS كل عام
الخدمة: اختبار طرف ثالث
التسليم: في غضون 10-15 يوما أو النظر في الكمية

الفولاذ المقاوم للصدأ عبارة عن سبيكة حديدية تحتوي على نسبة لا تقل عن 10.5 في المائة من الكروم.ينتج محتوى الكروم طبقة رقيقة من أكسيد الكروم على سطح الفولاذ تسمى طبقة التخميل.تمنع هذه الطبقة حدوث التآكل على سطح الفولاذ؛كلما زادت كمية الكروم في الفولاذ، زادت مقاومة التآكل.

ويحتوي الفولاذ أيضًا على كميات متنوعة من العناصر الأخرى مثل الكربون والسيليكون والمنجنيز.ويمكن إضافة عناصر أخرى لزيادة مقاومة التآكل (النيكل) والقابلية للتشكيل (الموليبدينوم).

سلوك الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عالي الكربون (HCMSS) الذي يتكون من حوالي 22.5 مجلد.تم تثبيت نسبة الكربيدات التي تحتوي على نسبة عالية من الكروم (Cr) والفاناديوم (V)، عن طريق ذوبان شعاع الإلكترون (EBM).تتكون البنية المجهرية من مراحل المارتنسيت والأوستينيت المتبقية، ويتم توزيع كربيدات الكروم عالية المستوى دون الميكرون والميكرون العالي بالتساوي، وتكون الصلابة عالية نسبيًا.تنخفض نسبة CoF بنسبة 14.1% تقريبًا مع زيادة حمل الحالة المستقرة بسبب نقل المواد من المسار البالي إلى الجسم المقابل.بالمقارنة مع فولاذ الأدوات المارتنسيتي المعالج بنفس الطريقة، فإن معدل تآكل HCMSS هو نفسه تقريبًا عند الأحمال المطبقة المنخفضة.آلية التآكل السائدة هي إزالة مصفوفة الفولاذ عن طريق التآكل متبوعًا بأكسدة مسار التآكل، بينما يحدث التآكل الكاشطة ثلاثي المكونات مع زيادة الحمل.تم تحديد مناطق التشوه البلاستيكي تحت ندبة التآكل من خلال رسم خرائط الصلابة المستعرضة.توصف الظواهر المحددة التي تحدث مع زيادة ظروف التآكل بأنها تشقق الكربيد، وتمزيق كربيد الفاناديوم العالي، وتشقق القالب.يلقي هذا البحث الضوء على خصائص التآكل لتصنيع المواد المضافة HCMSS، والتي يمكن أن تمهد الطريق لإنتاج مكونات EBM لتطبيقات التآكل التي تتراوح من الأعمدة إلى قوالب حقن البلاستيك.
الفولاذ المقاوم للصدأ (SS) عبارة عن عائلة متعددة الاستخدامات من الفولاذ تستخدم على نطاق واسع في مجال الطيران والسيارات والأغذية والعديد من التطبيقات الأخرى نظرًا لمقاومتها العالية للتآكل وخصائصها الميكانيكية المناسبة 1،2،3.ترجع مقاومتها العالية للتآكل إلى المحتوى العالي من الكروم (أكثر من 11.5٪ بالوزن) في HC، مما يساهم في تكوين طبقة أكسيد تحتوي على نسبة عالية من الكروم على السطح 1.ومع ذلك، فإن معظم درجات الفولاذ المقاوم للصدأ تحتوي على محتوى منخفض من الكربون، وبالتالي فهي تتمتع بصلابة محدودة ومقاومة التآكل، مما يؤدي إلى تقليل عمر الخدمة في الأجهزة المرتبطة بالتآكل مثل مكونات الهبوط الفضائية.عادةً ما تكون ذات صلابة منخفضة (في حدود 180 إلى 450 فولتًا)، فقط بعض أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتي المعالج بالحرارة تتمتع بصلابة عالية (تصل إلى 700 فولت عالي) ومحتوى عالي من الكربون (يصل إلى 1.2٪ بالوزن)، مما يمكن أن يساهم في تشكيل مارتنسيت.1. باختصار، المحتوى العالي من الكربون يخفض درجة حرارة التحول المارتنسيتي، مما يسمح بتكوين بنية مجهرية مارتنسيتية كاملة والحصول على بنية مجهرية مقاومة للتآكل بمعدلات تبريد عالية.يمكن إضافة المراحل الصلبة (على سبيل المثال، الكربيدات) إلى المصفوفة الفولاذية لزيادة تحسين مقاومة التآكل للقالب.
يمكن أن يؤدي إدخال التصنيع الإضافي (AM) إلى إنتاج مواد جديدة ذات التركيب المطلوب، وميزات البنية المجهرية، والخصائص الميكانيكية الفائقة.على سبيل المثال، يتضمن ذوبان طبقة المسحوق (PBF)، أحد أكثر عمليات اللحام الإضافي تجاريًا، ترسيب مساحيق مسبقة السبائك لتكوين أجزاء ذات شكل قريب عن طريق صهر المساحيق باستخدام مصادر حرارية مثل الليزر أو حزم الإلكترون.أظهرت العديد من الدراسات أن الأجزاء المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ المُشكَّلة بشكل إضافي يمكن أن تتفوق في الأداء على الأجزاء المصنوعة تقليديًا.على سبيل المثال، تبين أن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المعرض للمعالجة المضافة يتمتع بخصائص ميكانيكية فائقة بسبب بنيته الدقيقة الدقيقة (أي علاقات Hall-Petch)3،8،9.تنتج المعالجة الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ الحديدي المعالج بـ AM رواسب إضافية توفر خصائص ميكانيكية مماثلة لنظيراتها التقليدية.تم اعتماد الفولاذ المقاوم للصدأ ثنائي الطور ذو القوة والصلابة العالية، وتمت معالجته عن طريق المعالجة المضافة، حيث ترجع الخواص الميكانيكية المحسنة إلى المراحل المعدنية الغنية بالكروم في البنية المجهرية 11.وبالإضافة إلى ذلك، يمكن الحصول على الخواص الميكانيكية المحسنة للفولاذ المقاوم للصدأ المارتينسيتي والفولاذ المقاوم للصدأ بدرجة PH عن طريق التحكم في الأوستينيت المحتجز في البنية المجهرية وتحسين معلمات التشغيل الآلي والمعالجة الحرارية 3،12،13،14.
حتى الآن، حظيت الخصائص الاحتكاكية للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي AM باهتمام أكبر من أنواع الفولاذ المقاوم للصدأ الأخرى.تمت دراسة السلوك الاحتكاكي للانصهار بالليزر في طبقة من المسحوق (L-PBF) المعالج بـ 316L كدالة لمعلمات معالجة AM.لقد ثبت أن تقليل المسامية عن طريق تقليل سرعة المسح أو زيادة قوة الليزر يمكن أن يحسن مقاومة التآكل.اختبر لي وآخرون 17 التآكل الانزلاقي الجاف تحت معايير مختلفة (الحمل والتردد ودرجة الحرارة) وأظهروا أن التآكل في درجة حرارة الغرفة هو آلية التآكل الرئيسية، في حين أن زيادة سرعة الانزلاق ودرجة الحرارة تعزز الأكسدة.تضمن طبقة الأكسيد الناتجة تشغيل المحمل، ويقل الاحتكاك مع زيادة درجة الحرارة، ويزداد معدل التآكل عند درجات الحرارة المرتفعة.في دراسات أخرى، أدت إضافة جزيئات TiC18، وTiB219، وSiC20 إلى مصفوفة 316L المعالجة بـ L-PBF إلى تحسين مقاومة التآكل من خلال تكوين طبقة احتكاك كثيفة ومقواة مع زيادة في الجزء الحجمي للجسيمات الصلبة.وقد لوحظت أيضًا طبقة أكسيد واقية في الفولاذ المعالج بـ PH المعالج L-PBF12 والفولاذ المزدوج SS11، مما يشير إلى أن الحد من الأوستينيت المحتفظ به عن طريق المعالجة بعد الحرارة 12 يمكن أن يحسن مقاومة التآكل.كما تم تلخيصه هنا، تركز الأدبيات بشكل أساسي على الأداء القبلي لسلسلة 316L SS، في حين أن هناك القليل من البيانات حول الأداء القبلي لسلسلة من الفولاذ المقاوم للصدأ المصنوع بشكل إضافي من مادة المارتنسيت مع محتوى كربون أعلى بكثير.
تعد تقنية ذوبان شعاع الإلكترون (EBM) تقنية مشابهة لـ L-PBF قادرة على تكوين هياكل مجهرية باستخدام كربيدات حرارية مثل كربيدات الفاناديوم والكروم العالية نظرًا لقدرتها على الوصول إلى درجات حرارة أعلى ومعدلات مسح 21، 22. الأدبيات الموجودة حول معالجة EBM للفولاذ المقاوم للصدأ يركز الفولاذ بشكل أساسي على تحديد معلمات معالجة ELM المثالية للحصول على بنية مجهرية بدون شقوق ومسام وتحسين الخواص الميكانيكية، أثناء العمل على الخواص القبلية للفولاذ المقاوم للصدأ المعالج بـ EBM.حتى الآن، تمت دراسة آلية التآكل للفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون المارتنسيتي المعالج بـ ELR في ظل ظروف محدودة، وتم الإبلاغ عن حدوث تشوه شديد في البلاستيك تحت ظروف كاشطة (اختبار ورق الصنفرة)، وظروف التآكل الجاف والطين.
بحثت هذه الدراسة في مقاومة التآكل وخصائص الاحتكاك للفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون المارتنسيتي المعالج بـ ELR في ظل ظروف الانزلاق الجاف الموضحة أدناه.أولاً، تم تشخيص السمات الهيكلية المجهرية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، ومطياف الأشعة السينية المشتتة من الطاقة (EDX)، وحيود الأشعة السينية، وتحليل الصور.يتم بعد ذلك استخدام البيانات التي تم الحصول عليها باستخدام هذه الأساليب كأساس لملاحظات السلوك الاحتكاكي من خلال الاختبارات الترددية الجافة تحت أحمال مختلفة، وأخيراً يتم فحص مورفولوجيا السطح البالية باستخدام SEM-EDX ومقاييس التشكيل بالليزر.تم قياس معدل التآكل ومقارنته بفولاذ الأدوات المارتنسيتية المعالجة بالمثل.وقد تم ذلك من أجل إنشاء أساس لمقارنة نظام SS هذا مع أنظمة التآكل الأكثر استخدامًا والتي لها نفس نوع المعالجة.أخيرًا، يتم عرض خريطة مقطعية لمسار التآكل باستخدام خوارزمية رسم خرائط الصلابة التي تكشف عن التشوه البلاستيكي الذي يحدث أثناء التلامس.تجدر الإشارة إلى أن الاختبارات القبلية لهذه الدراسة أجريت لفهم الخصائص الترايبولوجية لهذه المادة الجديدة بشكل أفضل، وليس لمحاكاة تطبيق معين.تساهم هذه الدراسة في فهم أفضل للخصائص الاحتكاكية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي الجديد المنتج بشكل إضافي لتطبيقات التآكل التي تتطلب التشغيل في البيئات القاسية.
تم تطوير وتوريد عينات من الفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عالي الكربون (HCMSS) المعالج بـ ELR تحت الاسم التجاري Vibenite® 350 بواسطة شركة VBN Components AB، السويد.التركيب الكيميائي الاسمي للعينة: 1.9 درجة مئوية، 20.0 كروم، 1.0 مو، 4.0 فولت، 73.1 حديد (بالوزن٪).أولاً، تم تصنيع عينات انزلاقية جافة (40 مم × 20 مم × 5 مم) من العينات المستطيلة التي تم الحصول عليها (42 مم × 22 مم × 7 مم) دون أي معالجة بعد الحرارة باستخدام آلة التفريغ الكهربائي (EDM).بعد ذلك تم طحن العينات على التوالي باستخدام ورق الصنفرة SiC بحجم حبيبات يتراوح من 240 إلى 2400 R للحصول على خشونة سطح (Ra) تبلغ حوالي 0.15 ميكرومتر.بالإضافة إلى ذلك، عينات من فولاذ الأدوات المارتنسيتية عالي الكربون المعالج بـ EBM مع تركيبة كيميائية اسمية تبلغ 1.5 درجة مئوية، 4.0 كروم، 2.5 مو، 2.5 واط، 4.0 فولت، 85.5 حديد (بالوزن .%) (المعروف تجاريًا باسم Vibenite® 150) تم تحضيره أيضًا بنفس الطريقة.يحتوي HCMTS على 8% كربيدات من حيث الحجم ويستخدم فقط لمقارنة بيانات معدل تآكل HCMSS.
تم إجراء التوصيف المجهري لـ HCMSS باستخدام SEM (FEI Quanta 250، الولايات المتحدة الأمريكية) المجهز بكاشف الأشعة السينية المشتتة للطاقة (EDX) XMax80 من Oxford Instruments.تم التقاط ثلاث صور مجهرية عشوائية تحتوي على 3500 ميكرومتر مربع في وضع الإلكترون المرتد (BSE) ثم تم تحليلها باستخدام تحليل الصور (ImageJ®)28 لتحديد جزء المساحة (أي جزء الحجم) والحجم والشكل.نظرًا للتشكل المميز الملاحظ، تم أخذ جزء المساحة مساويًا لكسر الحجم.بالإضافة إلى ذلك، يتم حساب عامل الشكل للكربيدات باستخدام معادلة عامل الشكل (Shfa):
هنا Ai هي مساحة الكربيد (μm2) و Pi هو محيط الكربيد (μm)29.لتحديد المراحل، تم إجراء حيود مسحوق الأشعة السينية (XRD) باستخدام مقياس حيود الأشعة السينية (Bruker D8 Discover مع كاشف الشريط LynxEye 1D) مع إشعاع Co-Kα (1.7 = 1.79026 Å).قم بمسح العينة ضوئيًا على نطاق 2θ من 35 درجة إلى 130 درجة بحجم خطوة قدره 0.02 درجة وزمن خطوة قدره ثانيتان.تم تحليل بيانات XRD باستخدام برنامج Diffract.EVA، الذي قام بتحديث قاعدة البيانات البلورية في عام 2021. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام جهاز اختبار صلابة Vickers (Struers Durascan 80، النمسا) لتحديد الصلابة الدقيقة.وفقًا لمعيار ASTM E384-17 30، تم عمل 30 نسخة مطبوعة على عينات معدة ميتالوغرافيًا بزيادات 0.35 مم لمدة 10 ثوانٍ عند 5 كجم.سبق أن وصف المؤلفون السمات الهيكلية المجهرية لـ HCMTS31.
تم استخدام مقياس ترايبوميتر للوحة الكروية (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab، الولايات المتحدة الأمريكية) لإجراء اختبارات التآكل الترددي الجاف، والتي تم تفصيل تكوينها في مكان آخر .معلمات الاختبار هي كما يلي: وفقًا للمعيار 32 ASTM G133-05، الحمل 3 نيوتن، التردد 1 هرتز، السكتة الدماغية 3 مم، المدة 1 ساعة.تم استخدام كرات أكسيد الألومنيوم (Al2O3، فئة الدقة 28/ISO 3290) بقطر 10 مم مع صلابة كلية تبلغ حوالي 1500 فولت عالي وخشونة سطح (Ra) تبلغ حوالي 0.05 ميكرومتر، مقدمة من شركة Redhill Precision، جمهورية التشيك، كأثقال موازنة. .تم اختيار التوازن لمنع آثار الأكسدة التي يمكن أن تحدث نتيجة للموازنة ولفهم آليات التآكل للعينات بشكل أفضل في ظل ظروف التآكل الشديدة.تجدر الإشارة إلى أن معلمات الاختبار هي نفسها الموجودة في المرجع 8 من أجل مقارنة بيانات معدل التآكل مع الدراسات الحالية.بالإضافة إلى ذلك، تم إجراء سلسلة من الاختبارات الترددية بحمل 10 نيوتن للتحقق من الأداء الاحتكاكي عند الأحمال الأعلى، بينما ظلت معلمات الاختبار الأخرى ثابتة.تبلغ ضغوط التلامس الأولية وفقًا لهيرتز 7.7 ميجا باسكال و11.5 ميجا باسكال عند 3 نيوتن و10 نيوتن على التوالي.أثناء اختبار التآكل، تم تسجيل قوة الاحتكاك بتردد 45 هرتز وتم حساب متوسط ​​معامل الاحتكاك (CoF).لكل حمل، تم أخذ ثلاثة قياسات في ظل الظروف المحيطة.
تم فحص مسار التآكل باستخدام SEM الموصوف أعلاه، وتم إجراء تحليل EMF باستخدام برنامج تحليل سطح التآكل Aztec Acquisition.تم فحص السطح البالي للمكعب المقترن باستخدام المجهر الضوئي (Keyence VHX-5000، اليابان).قام جهاز تعريف ليزر غير متصل (NanoFocus μScan، ألمانيا) بمسح علامة التآكل بدقة رأسية تبلغ ± 0.1 ميكرومتر على طول المحور z و5 ميكرومتر على طول المحورين x وy.تم إنشاء خريطة ملف تعريف سطح ندبة التآكل في Matlab® باستخدام إحداثيات x وy وz التي تم الحصول عليها من قياسات الملف الشخصي.يتم استخدام العديد من ملفات تعريف مسار التآكل الرأسي المستخرجة من خريطة ملف تعريف السطح لحساب فقدان حجم التآكل على مسار التآكل.تم حساب فقدان الحجم كمنتج لمتوسط ​​مساحة المقطع العرضي لملف السلك وطول مسار التآكل، وقد سبق المؤلفون وصف تفاصيل إضافية لهذه الطريقة .ومن هنا يتم الحصول على معدل التآكل النوعي (k) من الصيغة التالية:
هنا V هو فقدان الحجم بسبب التآكل (mm3)، W هو الحمل المطبق (N)، L هو مسافة الانزلاق (mm)، وk هو معدل التآكل المحدد (mm3/Nm)34.يتم تضمين بيانات الاحتكاك وخرائط المظهر الجانبي السطحي لـ HCMTS في المواد التكميلية (الشكل التكميلي S1 والشكل S2) لمقارنة معدلات تآكل HCMSS.
في هذه الدراسة، تم استخدام خريطة صلابة المقطع العرضي لمسار التآكل لتوضيح سلوك التشوه البلاستيكي (أي تصلب العمل بسبب ضغط التلامس) لمنطقة التآكل.تم قطع العينات المصقولة باستخدام عجلة قطع أكسيد الألومنيوم على آلة القطع (Struers Accutom-5، النمسا) وتم صقلها بدرجات ورق الصنفرة SiC من 240 إلى 4000 P على طول سمك العينات.قياس الصلابة الدقيقة عند 0.5 كجم قوة 10 ثوانٍ ومسافة 0.1 مم وفقًا للمواصفة ASTM E348-17.تم وضع المطبوعات على شبكة مستطيلة مقاس 1.26 × 0.3 مم2 تقريبًا 60 ميكرومتر تحت السطح (الشكل 1) ثم تم تقديم خريطة الصلابة باستخدام كود Matlab® المخصص الموصوف في مكان آخر.بالإضافة إلى ذلك، تم فحص البنية المجهرية للمقطع العرضي لمنطقة التآكل باستخدام SEM.
رسم تخطيطي لعلامة التآكل يوضح موقع المقطع العرضي (أ) وصورة مجهرية ضوئية لخريطة الصلابة توضح العلامة المحددة في المقطع العرضي (ب).
تتكون البنية المجهرية لـ HCMSS المعالجة بـ ELP من شبكة كربيد متجانسة محاطة بمصفوفة (الشكل 2 أ، ب).أظهر تحليل EDX أن الكربيدات الرمادية والداكنة كانت كربيدات غنية بالكروم والفاناديوم، على التوالي (الجدول 1).محسوبًا من تحليل الصور، يقدر الجزء الحجمي من الكربيدات بأنه ~22.5% (~18.2% كربيدات الكروم العالية و~4.3% كربيدات الفاناديوم العالية).يبلغ متوسط ​​​​أحجام الحبوب ذات الانحرافات المعيارية 0.64 ± 0.2 ميكرومتر و 1.84 ± 0.4 ميكرومتر للكربيدات الغنية بـ V و Cr على التوالي (الشكل 2 ج ، د).تميل كربيدات V العالية إلى أن تكون مستديرة مع عامل شكل (±SD) يبلغ حوالي 0.88±0.03 لأن قيم عامل الشكل القريبة من 1 تتوافق مع كربيدات مستديرة.في المقابل، فإن كربيدات الكروم العالية ليست مستديرة تمامًا، مع عامل شكل يبلغ حوالي 0.56 ± 0.01، والذي قد يكون بسبب التكتل.تم اكتشاف قمم حيود Martensite (α، bcc) والأوستينيت (γ'، fcc) على نمط الأشعة السينية HCMSS كما هو موضح في الشكل 2 هـ.بالإضافة إلى ذلك، يُظهر نمط الأشعة السينية وجود كربيدات ثانوية.تم تحديد كربيدات الكروم العالية على أنها كربيدات من النوع M3C2 وM23C6.وفقًا لبيانات الأدبيات ، تم تسجيل 36،37،38 قمم حيود كربيدات VC عند ≈43 درجة و 63 درجة ، مما يشير إلى أن قمم VC كانت ملثمة بواسطة قمم M23C6 من كربيدات غنية بالكروم (الشكل 2 هـ).
البنية المجهرية للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عالي الكربون المعالج بـ EBL (أ) عند التكبير المنخفض و (ب) عند التكبير العالي، مما يُظهر كربيدات غنية بالكروم والفاناديوم ومصفوفة من الفولاذ المقاوم للصدأ (وضع التشتت الخلفي للإلكترون).توضح الرسوم البيانية الشريطية توزيع حجم الحبوب للكربيدات الغنية بالكروم (ج) والغنية بالفاناديوم (د).يُظهر نمط الأشعة السينية وجود المارتنسيت والأوستينيت والكربيدات المحتجزة في البنية المجهرية (د).
يبلغ متوسط ​​الصلابة الدقيقة 625.7 + 7.5 HV5، مما يظهر صلابة عالية نسبيًا مقارنة بالفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي المعالج تقليديًا (450 HV) 1 بدون معالجة حرارية.تم الإبلاغ عن أن صلابة التآكل النانوي لكربيدات V العالية وكربيدات الكروم العالية تتراوح بين 12 و 32.5 GPa39 و13-22 GPa40 على التوالي.وبالتالي، فإن الصلابة العالية لـ HCMSS المعالجة بـ ELP ترجع إلى المحتوى العالي من الكربون، مما يشجع على تكوين شبكة كربيد.وبالتالي، فإن HSMSS المعالج بـ ELP يُظهر خصائص بنية مجهرية جيدة وصلابة دون أي معالجة إضافية بعد الحرارة.
يتم عرض منحنيات متوسط ​​معامل الاحتكاك (CoF) للعينات عند 3 N و 10 N في الشكل 3، ويتم تمييز نطاق قيم الاحتكاك الدنيا والقصوى بتظليل شفاف.يُظهر كل منحنى مرحلة التشغيل ومرحلة الحالة المستقرة.تنتهي مرحلة التشغيل عند 1.2 متر مع CoF (±SD) قدره 0.41 ± 0.24.3 N وعند 3.7 متر مع CoF قدره 0.71 ± 0.16.10 N، قبل الدخول في حالة الطور المستقر عندما يتوقف الاحتكاك.لا يتغير بسرعة.نظرًا لصغر مساحة التلامس والتشوه البلاستيكي الأولي الخشن، زادت قوة الاحتكاك بسرعة أثناء مرحلة التشغيل عند 3 نيوتن و10 نيوتن، حيث حدثت قوة احتكاك أعلى ومسافة انزلاق أطول عند 10 نيوتن، وهو ما قد يكون بسبب إلى حقيقة أنه بالمقارنة مع 3 N، فإن الضرر السطحي أعلى.بالنسبة إلى 3 N و10 N، تكون قيم CoF في الطور الثابت هي 0.78 ± 0.05 و0.67 ± 0.01 على التوالي.يكون CoF مستقرًا عمليًا عند 10 N ويزداد تدريجيًا عند 3 N. في الأدبيات المحدودة، يتراوح CoF من الفولاذ المقاوم للصدأ المعالج L-PBF مقارنة بأجسام التفاعل الخزفية عند الأحمال المطبقة المنخفضة من 0.5 إلى 0.728، 20، 42، وهو في اتفاق جيد مع قيم CoF المقاسة في هذه الدراسة.يمكن أن يعزى الانخفاض في CoF مع زيادة الحمل في الحالة المستقرة (حوالي 14.1%) إلى تدهور السطح الذي يحدث عند السطح البيني بين السطح البالي والنظير، والذي سيتم مناقشته بشكل أكبر في القسم التالي من خلال تحليل سطح العينات البالية.
معاملات الاحتكاك لعينات VSMSS المعالجة بـ ELP على مسارات انزلاقية عند 3 N و 10 N، تم تحديد مرحلة ثابتة لكل منحنى.
تقدر معدلات التآكل المحددة لـ HKMS (625.7 HV) بـ 6.56 ± 0.33 × 10–6 مم 3 / نيوتن متر و 9.66 ± 0.37 × 10–6 مم 3 / نيوتن متر عند 3 نيوتن و 10 نيوتن على التوالي (الشكل 4).وبالتالي، فإن معدل التآكل يزيد مع زيادة الحمل، وهو ما يتوافق جيدًا مع الدراسات الموجودة على الأوستينيت المعالج بـ L-PBF وPH SS17,43.في ظل نفس الظروف القبلية، يكون معدل التآكل عند 3 نيوتن حوالي خمس معدل التآكل بالنسبة للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المعالج بـ L-PBF (k = 3.50 ± 0.3 × 10–5 مم3/نيوتن متر، 229 فولت)، كما في الحالة السابقة .8. بالإضافة إلى ذلك ، كان معدل تآكل HCMSS عند 3 N أقل بكثير من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي الميكانيكي التقليدي ، وعلى وجه الخصوص ، أعلى من الفولاذ المضغوط عالي الخواص (k = 4.20 ± 0.3 × 10–5 مم 3)./Nm، 176 HV) والمصبوب (k = 4.70 ± 0.3 × 10–5 مم 3 / Nm، 156 HV) مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي، 8، على التوالي.بالمقارنة مع هذه الدراسات في الأدبيات، تُعزى مقاومة التآكل المحسنة لـ HCMSS إلى المحتوى العالي من الكربون وشبكة الكربيد المشكلة مما يؤدي إلى صلابة أعلى من الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المُشكل بشكل إضافي المُشكل بشكل تقليدي.لمزيد من دراسة معدل التآكل لعينات HCMSS، تم اختبار عينة مماثلة من الصلب (HCMTS) لأداة المارتنسيت عالية الكربون (بصلابة 790 فولت) في ظل ظروف مماثلة (3 N و10 N) للمقارنة؛المواد التكميلية هي خريطة الملف الشخصي السطحي لـ HCMTS (الشكل التكميلي S2).معدل تآكل HCMSS (k = 6.56 ± 0.34 × 10–6 مم 3 / نيوتن متر) هو تقريبًا نفس معدل تآكل HCMTS عند 3 نيوتن (ك = 6.65 ± 0.68 × 10–6 مم 3 / نيوتن متر)، مما يشير إلى مقاومة تآكل ممتازة .وتعزى هذه الخصائص بشكل رئيسي إلى السمات الهيكلية المجهرية لـ HCMSS (أي محتوى الكربيد العالي وحجم وشكل وتوزيع جزيئات الكربيد في المصفوفة، كما هو موضح في القسم 3.1).كما تم الإبلاغ سابقًا، يؤثر محتوى الكربيد على عرض وعمق ندبة التآكل وآلية التآكل الكاشطة الدقيقة.ومع ذلك، فإن محتوى الكربيد غير كافٍ لحماية القالب عند 10 نيوتن، مما يؤدي إلى زيادة التآكل.في القسم التالي، يتم استخدام مورفولوجيا سطح التآكل والتضاريس لشرح آليات التآكل والتشوه الأساسية التي تؤثر على معدل تآكل HCMSS.عند 10 N، يكون معدل تآكل VCMSS (k = 9.66 ± 0.37 × 10–6 mm3/Nm) أعلى من معدل VKMTS (k = 5.45 ± 0.69 × 10–6 mm3/Nm).على العكس من ذلك، لا تزال معدلات التآكل هذه مرتفعة جدًا: في ظل ظروف اختبار مماثلة، يكون معدل تآكل الطلاءات المعتمدة على الكروم والساتليت أقل من معدل HCMSS45,46.أخيرًا، نظرًا للصلابة العالية للألومينا (1500 فولت)، كان معدل تآكل التزاوج ضئيلًا وتم العثور على علامات نقل المواد من العينة إلى كرات الألومنيوم.
تآكل خاص في تصنيع ELR للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي عالي الكربون (HMCSS)، وتصنيع ELR للفولاذ المقاوم للصدأ المارتنسيتي العالي الكربون (HCMTS) وL-PBF، والصب والضغط الخواص العالية (HIP) للفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي (316LSS) في تطبيقات مختلفة يتم تحميل السرعات.يُظهر مخطط التشتت الانحراف المعياري للقياسات.البيانات الخاصة بالفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي مأخوذة من 8.
في حين أن الأسطح الصلبة مثل الكروم والسواتلايت يمكن أن توفر مقاومة أفضل للتآكل من أنظمة السبائك المشكَّلة بشكل إضافي، فإن المعالجة الإضافية يمكنها (1) تحسين البنية الدقيقة، خاصة بالنسبة للمواد ذات الكثافة المتنوعة.العمليات على الجزء النهائي؛و (3) إنشاء طبولوجيا سطحية جديدة مثل المحامل الديناميكية للسوائل المتكاملة.بالإضافة إلى ذلك، توفر AM مرونة في التصميم الهندسي.تعتبر هذه الدراسة جديدة ومهمة بشكل خاص لأنها من الأهمية بمكان توضيح خصائص التآكل لهذه السبائك المعدنية المطورة حديثًا باستخدام EBM، والتي تعد الأدبيات الحالية محدودة للغاية بشأنها.
يوضح الشكل شكل السطح البالي وشكل العينات البالية عند 3 نيوتن.5، حيث آلية التآكل الرئيسية هي التآكل تليها الأكسدة.أولاً، يتم تشويه الركيزة الفولاذية بشكل لدن ثم إزالتها لتشكل أخاديد بعمق يتراوح من 1 إلى 3 ميكرومتر، كما هو موضح في المظهر الجانبي للسطح (الشكل 5 أ).بسبب حرارة الاحتكاك الناتجة عن الانزلاق المستمر، تبقى المادة التي تمت إزالتها عند واجهة النظام القبلي، وتشكل طبقة ترايبولوجية تتكون من جزر صغيرة من أكسيد الحديد العالي تحيط بارتفاع كربيدات الكروم والفاناديوم (الشكل 5 ب والجدول 2).) ، كما تم الإبلاغ أيضًا عن الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي المعالج بـ L-PBF15،17.على الشكل.يُظهر الشكل 5 ج حدوث أكسدة شديدة في وسط ندبة التآكل.وبالتالي، يتم تسهيل تكوين طبقة الاحتكاك عن طريق تدمير طبقة الاحتكاك (أي طبقة الأكسيد) (الشكل 5و) أو تحدث إزالة المواد في المناطق الضعيفة داخل البنية المجهرية، وبالتالي تسريع إزالة المواد.في كلتا الحالتين، يؤدي تدمير طبقة الاحتكاك إلى تكوين منتجات تآكل في الواجهة، وهو ما قد يكون السبب وراء الميل إلى زيادة CoF في الحالة المستقرة 3N (الشكل 3).بالإضافة إلى ذلك، هناك علامات على تآكل ثلاثي الأجزاء ناجم عن الأكاسيد وجزيئات التآكل السائبة على مسار التآكل، مما يؤدي في النهاية إلى تكوين خدوش صغيرة على الركيزة (الشكل 5 ب، هـ)9،12،47.
المظهر الجانبي للسطح (أ) والصور المجهرية (ب-و) لمورفولوجيا سطح التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون المعالج بـ ELP عند 3 N، والمقطع العرضي لعلامة التآكل في وضع مرض جنون البقر (د) والمجهر البصري للتآكل السطح عند 3 ن (جم) من كرات الألومينا.
تشكلت أشرطة الانزلاق على الركيزة الفولاذية، مما يشير إلى تشوه البلاستيك بسبب التآكل (الشكل 5 هـ).تم الحصول على نتائج مماثلة أيضًا في دراسة سلوك التآكل للفولاذ الأوستنيتي SS47 المعالج بـ L-PBF.تشير إعادة توجيه الكربيدات الغنية بالفاناديوم أيضًا إلى تشوه البلاستيك في المصفوفة الفولاذية أثناء الانزلاق (الشكل 5 هـ).تُظهر الصور المجهرية للمقطع العرضي لعلامة التآكل وجود حفر دائرية صغيرة محاطة بشقوق صغيرة (الشكل 5 د)، والتي قد تكون ناجمة عن تشوه البلاستيك المفرط بالقرب من السطح.كان نقل المواد إلى كرات أكسيد الألومنيوم محدودًا، بينما ظلت الكرات سليمة (الشكل 5 ز).
زاد عرض وعمق تآكل العينات مع زيادة الحمل (عند 10 نيوتن)، كما هو موضح في خريطة التضاريس السطحية (الشكل 6 أ).لا يزال التآكل والأكسدة هما آليات التآكل السائدة، وتشير الزيادة في عدد الخدوش الدقيقة على مسار التآكل إلى أن التآكل ثلاثي الأجزاء يحدث أيضًا عند 10 نيوتن (الشكل 6 ب).أظهر تحليل EDX تكوين جزر أكسيد الحديد الغنية.أكدت قمم Al في الأطياف أن نقل المادة من الطرف المقابل إلى العينة حدث عند 10 ن (الشكل 6 ج والجدول 3)، بينما لم يتم ملاحظته عند 3 ن (الجدول 2).يحدث التآكل ثلاثي الأجسام بسبب جزيئات التآكل من جزر الأكسيد ونظائرها، حيث كشف تحليل EDX التفصيلي عن ترحيل المواد من نظائرها (الشكل التكميلي S3 والجدول S1).ويرتبط تطور جزر الأكسيد بالحفر العميقة، والتي لوحظت أيضًا في 3N (الشكل 5).يحدث تكسير وتفتيت الكربيدات بشكل رئيسي في الكربيدات الغنية بـ 10 N Cr (الشكل 6 هـ ، و).بالإضافة إلى ذلك، تتقشر كربيدات V العالية وتتآكل المصفوفة المحيطة بها، مما يؤدي بدوره إلى تآكل ثلاثي الأجزاء.ظهرت أيضًا حفرة مماثلة في الحجم والشكل لتلك الموجودة في كربيد V العالي (مظللة بالدائرة الحمراء) في المقطع العرضي للمسار (الشكل 6 د) (انظر تحليل حجم وشكل الكربيد. 3.1) ، مما يشير إلى أن ارتفاع V يمكن للكربيد V أن يتقشر من المصفوفة عند 10 نيوتن. ويساهم الشكل الدائري للكربيدات العالية V في تأثير السحب، في حين أن كربيدات الكروم العالية المتكتل تكون عرضة للتكسير (الشكل 6 هـ، و).يشير سلوك الفشل هذا إلى أن المصفوفة قد تجاوزت قدرتها على تحمل تشوه البلاستيك وأن البنية المجهرية لا توفر قوة تأثير كافية عند 10 نيوتن. يشير التشقق الرأسي تحت السطح (الشكل 6 د) إلى شدة تشوه البلاستيك الذي يحدث أثناء الانزلاق.ومع زيادة الحمل، يتم نقل المادة من المسار البالي إلى كرة الألومينا (الشكل 6g)، والتي يمكن أن تكون في حالة مستقرة عند 10 نيوتن. والسبب الرئيسي لانخفاض قيم CoF (الشكل 3).
المظهر الجانبي للسطح (أ) والصور المجهرية (ب-و) لتضاريس السطح البالية (ب-و) من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون المعالج بـ EBA عند 10 ن، وتآكل المقطع العرضي في وضع مرض جنون البقر (د) وسطح المجهر الضوئي من كرة الألومينا عند 10 نيوتن (جم).
أثناء التآكل المنزلق، يتعرض السطح لضغوط الضغط والقص الناجمة عن الأجسام المضادة، مما يؤدي إلى تشوه بلاستيكي كبير تحت السطح البالي.ولذلك، يمكن أن يحدث تصلب العمل تحت السطح بسبب تشوه البلاستيك، مما يؤثر على آليات التآكل والتشوه التي تحدد سلوك التآكل للمادة.ولذلك، تم إجراء رسم خرائط صلابة المقطع العرضي (كما هو مفصل في القسم 2.4) في هذه الدراسة لتحديد تطور منطقة تشوه البلاستيك (PDZ) أسفل مسار التآكل كدالة للحمل.نظرًا لأنه، كما هو مذكور في الأقسام السابقة، فقد لوحظت علامات واضحة لتشوه البلاستيك أسفل أثر التآكل (الشكل 5 د، 6 د)، خاصة عند 10 ن.
على الشكل.يوضح الشكل 7 مخططات صلابة المقطع العرضي لعلامات التآكل لـ HCMSS المعالجة بـ ELP عند 3 N و 10 N. ومن الجدير بالذكر أن قيم الصلابة هذه تم استخدامها كمؤشر لتقييم تأثير تصلب العمل.يكون التغير في الصلابة أسفل علامة التآكل من 667 إلى 672 جهدًا عاليًا عند 3 نيوتن (الشكل 7 أ)، مما يشير إلى أن تصلب العمل لا يكاد يذكر.من المفترض أنه بسبب الدقة المنخفضة لخريطة الصلابة الدقيقة (أي المسافة بين العلامات)، لم تتمكن طريقة قياس الصلابة المطبقة من اكتشاف التغيرات في الصلابة.على العكس من ذلك، لوحظت مناطق PDZ ذات قيم الصلابة من 677 إلى 686 فولت مع أقصى عمق 118 ميكرومتر وطول 488 ميكرومتر عند 10 نيوتن (الشكل 7 ب)، والذي يرتبط بعرض مسار التآكل ( الشكل 6 أ)).تم العثور على بيانات مماثلة حول تباين حجم PDZ مع الحمل في دراسة التآكل على SS47 المعالج بـ L-PBF.أظهرت النتائج أن وجود الأوستينيت المحتفظ به يؤثر على ليونة الفولاذ المصنع بشكل إضافي 3، 12، 50، ويتحول الأوستنيت المحتفظ به إلى مارتنسيت أثناء التشوه اللدن (التأثير اللدن لتحويل الطور)، مما يعزز تصلب الفولاذ.الفولاذ 51. نظرًا لأن عينة VCMSS تحتوي على الأوستينيت المحتجز وفقًا لنمط حيود الأشعة السينية الذي تمت مناقشته سابقًا (الشكل 2 هـ)، فقد اقترح أن الأوستينيت المحتجز في البنية المجهرية يمكن أن يتحول إلى مارتنسيت أثناء التلامس، وبالتالي زيادة صلابة PDZ ( الشكل 7 ب).بالإضافة إلى ذلك، يشير تكوين الانزلاق الذي يحدث على مسار التآكل (الشكل 5 هـ، 6 و) أيضًا إلى تشوه البلاستيك الناتج عن انزلاق الخلع تحت تأثير إجهاد القص عند التلامس المنزلق.ومع ذلك، فإن إجهاد القص المستحث عند 3 نيوتن لم يكن كافيًا لإنتاج كثافة خلع عالية أو تحويل الأوستينيت المحتجز إلى مارتنسيت الذي تمت ملاحظته بالطريقة المستخدمة، لذلك لوحظ تصلب العمل عند 10 نيوتن فقط (الشكل 7 ب).
مخططات صلابة مستعرضة لمسارات التآكل من الفولاذ المقاوم للصدأ عالي الكربون المارتنسيتي المعرض لتصنيع التفريغ الكهربائي عند 3 N (a) و 10 N (b).
توضح هذه الدراسة سلوك التآكل وخصائص البنية المجهرية للفولاذ المقاوم للصدأ الجديد عالي الكربون من المارتنسيت والمعالج بـ ELR.تم إجراء اختبارات التآكل الجاف في الانزلاق تحت أحمال مختلفة، وتم فحص العينات البالية باستخدام المجهر الإلكتروني ومقياس الملف الليزري وخرائط الصلابة للمقاطع العرضية لمسارات التآكل.
كشف التحليل المجهري عن توزيع موحد للكربيدات التي تحتوي على نسبة عالية من الكروم (~ 18.2٪ كربيد) والفاناديوم (~ 4.3٪ كربيد) في مصفوفة من المارتنسيت والأوستينيت المحتفظ به مع صلابة عالية نسبيًا.آليات التآكل السائدة هي التآكل والأكسدة عند الأحمال المنخفضة، في حين أن تآكل الأجسام الثلاثة الناتج عن كربيدات ذات حرف V مشدود وأكاسيد الحبوب السائبة يساهم أيضًا في التآكل عند الأحمال المتزايدة.معدل التآكل أفضل من L-PBF والفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي التقليدي، وحتى مشابه لمعدل فولاذ الأدوات المشكل من EBM عند الأحمال المنخفضة.تنخفض قيمة CoF مع زيادة الحمل بسبب نقل المادة إلى الجسم المقابل.باستخدام طريقة رسم خرائط صلابة المقطع العرضي، تظهر منطقة تشوه البلاستيك أسفل علامة التآكل.يمكن إجراء مزيد من الدراسة لصقل الحبوب المحتملة وانتقالات الطور في المصفوفة باستخدام حيود التشتت الخلفي للإلكترون لفهم تأثيرات تصلب العمل بشكل أفضل.لا تسمح الدقة المنخفضة لخريطة الصلابة الدقيقة بتصور صلابة منطقة التآكل عند الأحمال المطبقة المنخفضة، لذلك يمكن أن توفر تقنية nanoindentation تغييرات صلابة ذات دقة أعلى باستخدام نفس الطريقة.
تقدم هذه الدراسة لأول مرة تحليلاً شاملاً لمقاومة التآكل وخصائص الاحتكاك للفولاذ المقاوم للصدأ الجديد عالي الكربون المارتنسيتي المعالج بـ ELR.بالنظر إلى حرية التصميم الهندسي لـ AM وإمكانية تقليل خطوات التصنيع باستخدام AM، يمكن أن يمهد هذا البحث الطريق لإنتاج هذه المادة الجديدة واستخدامها في الأجهزة المرتبطة بالتآكل بدءًا من الأعمدة وحتى قوالب حقن البلاستيك ذات قنوات التبريد المعقدة.
بهات، مواد وتطبيقات الفضاء الجوي BN، المجلد.255 (الجمعية الأمريكية للملاحة الجوية والفضائية، 2018).
باجاج، P. وآخرون.الصلب في التصنيع الإضافي: مراجعة لبنيته المجهرية وخصائصه.ألما ماتر.العلم.مشروع.772، (2020).
Felli، F.، Brotzu، A.، Vendittozzi، C.، Paolozzi، A. and Passeggio، F. الأضرار التي لحقت بسطح التآكل لمكونات الطيران المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ EN 3358 أثناء الانزلاق.أخوة.إد.تبختر انتيجرا.23، 127-135 (2012).
ديبروي، T. وآخرون.التصنيع الإضافي للمكونات المعدنية - العملية والهيكل والأداء.برمجة.ألما ماتر.العلم.92، 112-224 (2018).
Herzog D.، Sejda V.، Vicisk E. and Emmelmann S. إنتاج المضافات المعدنية.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM الدولية.المصطلحات القياسية لتكنولوجيا التصنيع المضافة.إنتاج سريع.استاذ مساعد.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
بارتولوميو ف. وآخرون.الخواص الميكانيكية والاحتكاكية للفولاذ المقاوم للصدأ 316L - مقارنة ذوبان الليزر الانتقائي والضغط الساخن والصب التقليدي.اضف إليه.الصانع.16، 81-89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., and Pham, MS Microstructure المساهمة في آليات التآكل الجاف المنزلقة المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ 316L وتباين الخواص.ألما ماتر.ديسمبر.196، 109076 (2020).
Bogelein T.، Drypondt SN، Pandey A.، Dawson K. and Tatlock GJ الاستجابة الميكانيكية وآليات تشوه الهياكل الفولاذية المتصلبة بتشتت أكسيد الحديد الذي تم الحصول عليه عن طريق ذوبان الليزر الانتقائي.مجلة.87، 201-215 (2015).
Saeidi K.، Alvi S.، Lofay F.، Petkov VI and Akhtar، F. قوة ميكانيكية ذات ترتيب أعلى بعد المعالجة الحرارية لـ SLM 2507 في الغرفة ودرجات حرارة مرتفعة، بمساعدة ترسيب سيجما الصلب/الدكتايل.المعادن (بازل).9، (2019).
Lashgari، HR، Kong، K.، Adabifiroozjaei، E.، and Li، S. Microstructure، تفاعل ما بعد الحرارة، والخصائص القبلية للفولاذ المقاوم للصدأ 17-4 PH المطبوع بالطباعة ثلاثية الأبعاد.يرتدي 456-457، (2020).
Liu، Y.، Tang، M.، Hu، Q.، Zhang، Y.، and Zhang، L. سلوك التكثيف وتطور البنية المجهرية والخصائص الميكانيكية لمركبات الفولاذ المقاوم للصدأ TiC / AISI420 ملفقة بواسطة ذوبان الليزر الانتقائي.ألما ماتر.ديسمبر.187، 1–13 (2020).
تشاو إكس وآخرون.تصنيع وتوصيف الفولاذ المقاوم للصدأ AISI 420 باستخدام ذوبان الليزر الانتقائي.ألما ماتر.الصانع.عملية.30، 1283-1289 (2015).
Sun Y.، Moroz A. و Alrbey K. خصائص التآكل المنزلق وسلوك التآكل لذوبان الليزر الانتقائي للفولاذ المقاوم للصدأ 316L.جي ألما ماتر.مشروع.ينفذ.23، 518-526 (2013).
شيباتا، K. وآخرون.الاحتكاك وتآكل الفولاذ المقاوم للصدأ ذو طبقة المسحوق تحت التشحيم بالزيت [J].تريبيول.داخلي 104، 183-190 (2016).