Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Anda menggunakan versi browser dengan dukungan CSS terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Selain itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami menampilkan situs tanpa gaya dan JavaScript.
Slider menampilkan tiga artikel per slide.Gunakan tombol kembali dan berikutnya untuk menelusuri slide, atau tombol pengontrol slide di akhir untuk menelusuri setiap slide.

ASTM A240 304 316 Pelat Stainless Steel Tebal Sedang Dapat Dipotong Dan Disesuaikan Harga Pabrik China

Kelas Bahan: 201/304/304l/316/316l/321/309s/310s/410/420/430/904l/2205/2507
Jenis: Feritik, Austenit, Martensit, Dupleks
Teknologi: Canai Dingin dan Canai Panas
Sertifikasi: ISO9001, CE, SGS setiap tahun
Layanan: Pengujian pihak ketiga
Pengiriman: dalam 10-15 hari atau mempertimbangkan kuantitas

Baja tahan karat merupakan paduan besi yang memiliki kandungan Kromium minimal 10,5 persen.Kandungan Kromium menghasilkan lapisan tipis oksida kromium pada permukaan baja yang disebut lapisan pasivasi.Lapisan ini mencegah terjadinya korosi pada permukaan baja;semakin besar jumlah Kromium dalam baja, semakin besar pula ketahanan terhadap korosi.

Baja juga mengandung sejumlah unsur lain seperti Karbon, Silikon, dan Mangan dalam jumlah yang bervariasi.Elemen lain dapat ditambahkan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi (Nikel) dan sifat mampu bentuk (Molibdenum).

Perilaku baja tahan karat martensit karbon tinggi (HCMSS) terdiri dari sekitar 22,5 vol.% karbida dengan kandungan kromium (Cr) dan vanadium (V) yang tinggi, difiksasi dengan peleburan berkas elektron (EBM).Struktur mikronya terdiri dari fasa martensit dan sisa austenit, karbida Cr tinggi submikron dan Cr tinggi mikron tersebar merata, dan kekerasannya relatif tinggi.CoF berkurang sekitar 14,1% dengan meningkatnya beban kondisi tunak akibat perpindahan material dari lintasan yang aus ke badan lawan.Dibandingkan dengan baja perkakas martensit yang diperlakukan dengan cara yang sama, tingkat keausan HCMSS hampir sama pada beban rendah.Mekanisme keausan yang dominan adalah penghilangan matriks baja melalui abrasi yang diikuti dengan oksidasi jalur keausan, sedangkan keausan abrasif tiga komponen terjadi seiring dengan meningkatnya beban.Area deformasi plastis di bawah bekas keausan diidentifikasi dengan pemetaan kekerasan penampang.Fenomena spesifik yang terjadi seiring dengan peningkatan kondisi keausan digambarkan sebagai retak karbida, robekan vanadium karbida yang tinggi, dan retak mati.Penelitian ini menyoroti karakteristik keausan manufaktur aditif HCMSS, yang dapat membuka jalan bagi produksi komponen EBM untuk aplikasi keausan mulai dari poros hingga cetakan injeksi plastik.
Baja tahan karat (SS) adalah keluarga baja serbaguna yang banyak digunakan dalam ruang angkasa, otomotif, makanan, dan banyak aplikasi lainnya karena ketahanan terhadap korosi yang tinggi dan sifat mekanik yang sesuai1,2,3.Ketahanan korosi yang tinggi disebabkan oleh tingginya kandungan kromium (lebih dari 11,5% berat) dalam HC, yang berkontribusi terhadap pembentukan lapisan oksida dengan kandungan kromium tinggi di permukaan1.Namun, sebagian besar kualitas baja tahan karat memiliki kandungan karbon yang rendah sehingga memiliki kekerasan dan ketahanan aus yang terbatas, sehingga mengurangi masa pakai perangkat yang terkait dengan keausan seperti komponen pendaratan di ruang angkasa4.Biasanya baja tersebut memiliki kekerasan yang rendah (dalam kisaran 180 hingga 450 HV), hanya beberapa baja tahan karat martensit yang diberi perlakuan panas yang memiliki kekerasan tinggi (hingga 700 HV) dan kandungan karbon tinggi (hingga 1,2 berat%), yang dapat berkontribusi pada pembentukan martensit.1. Singkatnya, kandungan karbon yang tinggi menurunkan suhu transformasi martensit, memungkinkan pembentukan struktur mikro martensit penuh dan perolehan struktur mikro yang tahan aus pada laju pendinginan yang tinggi.Fase keras (misalnya karbida) dapat ditambahkan ke matriks baja untuk lebih meningkatkan ketahanan aus cetakan.
Pengenalan manufaktur aditif (AM) dapat menghasilkan material baru dengan komposisi yang diinginkan, fitur mikrostruktur, dan sifat mekanik yang unggul5,6.Misalnya, peleburan lapisan serbuk (PBF), salah satu proses pengelasan aditif yang paling dikomersialkan, melibatkan pengendapan serbuk pra-paduan untuk membentuk bagian yang bentuknya mirip dengan melebur serbuk menggunakan sumber panas seperti laser atau berkas elektron7.Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa komponen baja tahan karat yang dikerjakan secara aditif dapat mengungguli komponen yang dibuat secara tradisional.Misalnya, baja tahan karat austenitik yang mengalami pemrosesan aditif telah terbukti memiliki sifat mekanik yang unggul karena struktur mikronya yang lebih halus (yaitu hubungan Hall-Petch)3,8,9.Perlakuan panas baja tahan karat feritik yang diberi perlakuan AM menghasilkan endapan tambahan yang memberikan sifat mekanik serupa dengan baja tahan karat konvensionalnya3,10.Mengadopsi baja tahan karat fase ganda dengan kekuatan dan kekerasan tinggi, diproses dengan pemrosesan aditif, di mana peningkatan sifat mekanik disebabkan oleh fase intermetalik kaya kromium dalam struktur mikro11.Selain itu, peningkatan sifat mekanik baja tahan karat martensit yang dikeraskan aditif dan baja tahan karat PH dapat diperoleh dengan mengontrol sisa austenit dalam struktur mikro dan mengoptimalkan parameter pemesinan dan perlakuan panas 3,12,13,14.
Sampai saat ini, sifat tribologi baja tahan karat austenitik AM telah mendapat perhatian lebih dibandingkan baja tahan karat lainnya.Perilaku tribologi peleburan laser pada lapisan bubuk (L-PBF) yang diolah dengan 316L dipelajari sebagai fungsi dari parameter pemrosesan AM.Telah terbukti bahwa meminimalkan porositas dengan mengurangi kecepatan pemindaian atau meningkatkan daya laser dapat meningkatkan ketahanan aus15,16.Li et al.17 menguji keausan geser kering pada berbagai parameter (beban, frekuensi dan suhu) dan menunjukkan bahwa keausan pada suhu ruangan adalah mekanisme keausan utama, sedangkan peningkatan kecepatan geser dan suhu mendorong oksidasi.Lapisan oksida yang dihasilkan memastikan pengoperasian bantalan, gesekan berkurang dengan meningkatnya suhu, dan laju keausan meningkat pada suhu yang lebih tinggi.Dalam penelitian lain, penambahan partikel TiC18, TiB219, dan SiC20 ke matriks 316L yang diberi perlakuan L-PBF meningkatkan ketahanan aus dengan membentuk lapisan gesekan yang diperkeras dengan kerja padat seiring dengan peningkatan fraksi volume partikel keras.Lapisan oksida pelindung juga telah diamati pada baja PH yang diberi perlakuan L-PBF12 dan baja dupleks SS11, yang menunjukkan bahwa membatasi sisa austenit dengan perlakuan pasca-panas12 dapat meningkatkan ketahanan aus.Seperti yang dirangkum di sini, literatur terutama berfokus pada kinerja tribologi seri 316L SS, sementara hanya ada sedikit data tentang kinerja tribologi serangkaian baja tahan karat yang diproduksi secara aditif martensit dengan kandungan karbon yang jauh lebih tinggi.
Electron Beam Melting (EBM) adalah teknik yang mirip dengan L-PBF yang mampu membentuk struktur mikro dengan karbida tahan api seperti karbida vanadium dan kromium tinggi karena kemampuannya mencapai suhu dan kecepatan pemindaian yang lebih tinggi 21, 22. Literatur yang ada tentang pemrosesan EBM baja tahan karat baja terutama difokuskan pada penentuan parameter pemrosesan ELM yang optimal untuk mendapatkan struktur mikro tanpa retak dan pori-pori serta meningkatkan sifat mekanik23, 24, 25, 26, sambil mengerjakan sifat tribologi baja tahan karat yang diolah dengan EBM.Sejauh ini, mekanisme keausan baja tahan karat martensit karbon tinggi yang diolah dengan ELR telah dipelajari dalam kondisi terbatas, dan deformasi plastis yang parah dilaporkan terjadi pada kondisi abrasif (uji amplas), kering, dan erosi lumpur27.
Studi ini menyelidiki ketahanan aus dan sifat gesekan baja tahan karat martensit karbon tinggi yang diolah dengan ELR dalam kondisi geser kering yang dijelaskan di bawah.Pertama, fitur mikrostruktur dikarakterisasi menggunakan pemindaian mikroskop elektron (SEM), spektroskopi sinar-X dispersif energi (EDX), difraksi sinar-X, dan analisis gambar.Data yang diperoleh dengan metode tersebut kemudian digunakan sebagai dasar pengamatan perilaku tribologi melalui uji bolak-balik kering pada berbagai beban, dan terakhir morfologi permukaan aus diperiksa menggunakan SEM-EDX dan profilometer laser.Tingkat keausan diukur dan dibandingkan dengan baja perkakas martensit yang diberi perlakuan serupa.Hal ini dilakukan untuk menciptakan dasar untuk membandingkan sistem SS ini dengan sistem keausan yang lebih umum digunakan dengan jenis perawatan yang sama.Terakhir, peta penampang jalur keausan ditampilkan menggunakan algoritma pemetaan kekerasan yang mengungkapkan deformasi plastis yang terjadi selama kontak.Perlu dicatat bahwa uji tribologi untuk penelitian ini dilakukan untuk lebih memahami sifat tribologi material baru ini, dan bukan untuk mensimulasikan aplikasi spesifik.Studi ini berkontribusi pada pemahaman yang lebih baik tentang sifat tribologi dari baja tahan karat martensit yang diproduksi secara aditif untuk aplikasi keausan yang memerlukan pengoperasian di lingkungan yang keras.
Sampel baja tahan karat martensit karbon tinggi (HCMSS) yang diolah dengan ELR dengan merek Vibenite® 350 dikembangkan dan dipasok oleh VBN Components AB, Swedia.Komposisi kimia nominal sampel: 1,9 C, 20,0 Cr, 1,0 Mo, 4,0 V, 73,1 Fe (wt.%).Pertama, spesimen geser kering (40 mm × 20 mm × 5 mm) dibuat dari spesimen persegi panjang yang diperoleh (42 mm × 22 mm × 7 mm) tanpa perlakuan pasca termal menggunakan pemesinan pelepasan listrik (EDM).Kemudian sampel berturut-turut digiling dengan amplas SiC dengan ukuran butir 240 hingga 2400 R hingga diperoleh kekasaran permukaan (Ra) sekitar 0,15 μm.Selain itu, spesimen baja perkakas martensit karbon tinggi (HCMTS) yang diberi perlakuan EBM dengan komposisi kimia nominal 1,5 C, 4,0 Cr, 2,5 Mo, 2,5 W, 4,0 V, 85,5 Fe (wt. .%) (secara komersial dikenal sebagai Vibenite® 150) Juga disiapkan dengan cara yang sama.HCMTS mengandung 8% karbida berdasarkan volume dan hanya digunakan untuk membandingkan data tingkat keausan HCMSS.
Karakterisasi mikrostruktur HCMSS dilakukan menggunakan SEM (FEI Quanta 250, USA) yang dilengkapi dengan detektor X-ray dispersif energi (EDX) XMax80 dari Oxford Instruments.Tiga fotomikrograf acak yang mengandung 3500 µm2 diambil dalam mode hamburan balik elektron (BSE) dan kemudian dianalisis menggunakan analisis gambar (ImageJ®)28 untuk menentukan fraksi luas (yaitu fraksi volume), ukuran dan bentuk.Karena karakteristik morfologi yang diamati, fraksi luas diambil sama dengan fraksi volume.Selain itu, faktor bentuk karbida dihitung menggunakan persamaan faktor bentuk (Shfa):
Disini Ai adalah luas karbida (µm2) dan Pi adalah keliling karbida (µm)29.Untuk mengidentifikasi fasa, dilakukan difraksi sinar-X serbuk (XRD) menggunakan difraktometer sinar-X (Bruker D8 Discover dengan detektor strip LynxEye 1D) dengan radiasi Co-Kα (λ = 1,79026 Å).Pindai sampel pada rentang 2θ dari 35° hingga 130° dengan ukuran langkah 0,02° dan waktu langkah 2 detik.Data XRD dianalisis menggunakan perangkat lunak Diffract.EVA, yang memperbarui database kristalografi pada tahun 2021. Selain itu, penguji kekerasan Vickers (Struers Durascan 80, Austria) digunakan untuk menentukan kekerasan mikro.Menurut standar ASTM E384-17 30, 30 cetakan dibuat pada sampel yang disiapkan secara metalografi dengan penambahan 0,35 mm selama 10 detik pada 5 kgf.Para penulis sebelumnya telah mengkarakterisasi fitur mikrostruktur HCMTS31.
Tribometer pelat bola (Bruker Universal Mechanical Tester Tribolab, USA) digunakan untuk melakukan uji keausan bolak-balik kering, yang konfigurasinya dirinci di tempat lain31.Parameter pengujiannya adalah sebagai berikut: sesuai standar 32 ASTM G133-05, beban 3 N, frekuensi 1 Hz, langkah 3 mm, durasi 1 jam.Bola aluminium oksida (Al2O3, kelas akurasi 28/ISO 3290) dengan diameter 10 mm dengan kekerasan makro sekitar 1500 HV dan kekasaran permukaan (Ra) sekitar 0,05 µm, disediakan oleh Redhill Precision, Republik Ceko, digunakan sebagai pemberat .Penyeimbangan dipilih untuk mencegah efek oksidasi yang dapat terjadi akibat penyeimbangan dan untuk lebih memahami mekanisme keausan spesimen dalam kondisi keausan parah.Perlu dicatat bahwa parameter pengujian sama seperti pada Ref.8 untuk membandingkan data tingkat keausan dengan penelitian yang ada.Selain itu, serangkaian pengujian bolak-balik dengan beban 10 N dilakukan untuk memverifikasi kinerja tribologi pada beban yang lebih tinggi, sementara parameter pengujian lainnya tetap konstan.Tekanan kontak awal menurut Hertz masing-masing adalah 7,7 MPa dan 11,5 MPa pada 3 N dan 10 N.Selama uji keausan, gaya gesekan dicatat pada frekuensi 45 Hz dan dihitung koefisien gesekan rata-rata (CoF).Untuk setiap beban, tiga pengukuran dilakukan dalam kondisi sekitar.
Lintasan keausan diperiksa menggunakan SEM yang dijelaskan di atas, dan analisis EMF dilakukan menggunakan perangkat lunak analisis permukaan keausan Aztec Acquisition.Permukaan kubus berpasangan yang aus diperiksa menggunakan mikroskop optik (Keyence VHX-5000, Jepang).Profiler laser non-kontak (NanoFocus µScan, Jerman) memindai tanda keausan dengan resolusi vertikal ±0,1 µm sepanjang sumbu z dan 5 µm sepanjang sumbu x dan y.Peta profil permukaan bekas luka dibuat di Matlab® menggunakan koordinat x, y, z yang diperoleh dari pengukuran profil.Beberapa profil jalur keausan vertikal yang diambil dari peta profil permukaan digunakan untuk menghitung kehilangan volume keausan pada jalur keausan.Kehilangan volume dihitung sebagai produk dari rata-rata luas penampang profil kawat dan panjang jalur keausan, dan rincian tambahan dari metode ini telah dijelaskan sebelumnya oleh penulis33.Dari sini, laju keausan spesifik (k) diperoleh dari rumus berikut:
Di sini V adalah volume yang hilang akibat keausan (mm3), W adalah beban yang diterapkan (N), L adalah jarak luncur (mm), dan k adalah laju keausan spesifik (mm3/Nm)34.Data gesekan dan peta profil permukaan untuk HCMTS disertakan dalam bahan tambahan (Gambar Tambahan S1 dan Gambar S2) untuk membandingkan tingkat keausan HCMSS.
Dalam studi ini, peta kekerasan penampang jalur keausan digunakan untuk menunjukkan perilaku deformasi plastis (yaitu pengerasan kerja akibat tekanan kontak) pada zona keausan.Sampel yang dipoles dipotong dengan roda pemotong aluminium oksida pada mesin pemotong (Struers Accutom-5, Austria) dan dipoles dengan amplas SiC dengan nilai 240 hingga 4000 P sepanjang ketebalan sampel.Pengukuran kekerasan mikro pada jarak 0,5 kgf 10 s dan 0,1 mm sesuai dengan ASTM E348-17.Cetakan ditempatkan pada kotak persegi panjang berukuran 1,26 × 0,3 mm2 kira-kira 60 µm di bawah permukaan (Gambar 1) dan kemudian peta kekerasan ditampilkan menggunakan kode Matlab® khusus yang dijelaskan di tempat lain35.Selain itu, struktur mikro penampang zona keausan diperiksa menggunakan SEM.
Skema tanda keausan yang menunjukkan lokasi penampang (a) dan mikrograf optik dari peta kekerasan yang menunjukkan tanda yang teridentifikasi pada penampang (b).
Struktur mikro HCMSS yang diolah dengan ELP terdiri dari jaringan karbida homogen yang dikelilingi oleh matriks (Gbr. 2a, b).Analisis EDX menunjukkan bahwa karbida abu-abu dan gelap masing-masing kaya akan kromium dan vanadium (Tabel 1).Dihitung dari analisis gambar, fraksi volume karbida diperkirakan ~22,5% (~18,2% karbida kromium tinggi dan ~4,3% karbida vanadium tinggi).Ukuran butir rata-rata dengan deviasi standar masing-masing adalah 0,64 ± 0,2 µm dan 1,84 ± 0,4 µm untuk karbida kaya V dan Cr (Gbr. 2c, d).Karbida V tinggi cenderung lebih bulat dengan faktor bentuk (±SD) sekitar 0,88±0,03 karena nilai faktor bentuk mendekati 1 berarti karbida bulat.Sebaliknya, karbida kromium tinggi tidak bulat sempurna, dengan faktor bentuk sekitar 0,56 ± 0,01, yang mungkin disebabkan oleh aglomerasi.Puncak difraksi martensit (α, bcc) dan austenit sisa (γ', fcc) terdeteksi pada pola sinar-X HCMSS seperti yang ditunjukkan pada Gambar.Selain itu, pola sinar-X menunjukkan adanya karbida sekunder.Karbida kromium tinggi telah diidentifikasi sebagai karbida tipe M3C2 dan M23C6.Menurut data literatur, 36,37,38 puncak difraksi karbida VC tercatat pada ≈43° dan 63°, menunjukkan bahwa puncak VC ditutupi oleh puncak M23C6 dari karbida kaya kromium (Gbr. 2e).
Struktur mikro baja tahan karat martensit karbon tinggi yang diolah dengan EBL (a) pada perbesaran rendah dan (b) pada perbesaran tinggi, menunjukkan karbida kaya kromium dan vanadium serta matriks baja tahan karat (mode hamburan balik elektron).Grafik batang menunjukkan distribusi ukuran butir karbida kaya kromium (c) dan kaya vanadium (d).Pola sinar-X menunjukkan adanya martensit, sisa austenit dan karbida pada struktur mikro (d).
Kekerasan mikro rata-rata adalah 625,7 + 7,5 HV5, menunjukkan kekerasan yang relatif tinggi dibandingkan dengan baja tahan karat martensit yang diproses secara konvensional (450 HV)1 tanpa perlakuan panas.Kekerasan nanoindentasi karbida V tinggi dan karbida Cr tinggi dilaporkan masing-masing antara 12 dan 32,5 GPa39 dan 13–22 GPa40.Dengan demikian, kekerasan HCMSS yang tinggi yang diolah dengan ELP disebabkan oleh kandungan karbon yang tinggi, yang mendorong pembentukan jaringan karbida.Dengan demikian, HSMSS yang diolah dengan ELP menunjukkan karakteristik mikrostruktur dan kekerasan yang baik tanpa perlakuan pasca-termal tambahan.
Kurva rata-rata koefisien gesek (CoF) sampel pada 3 N dan 10 N disajikan pada Gambar 3, rentang nilai gesek minimum dan maksimum ditandai dengan arsiran tembus cahaya.Setiap kurva menunjukkan fase run-in dan fase tunak.Fase run-in berakhir pada jarak 1,2 m dengan CoF (±SD) sebesar 0,41 ± 0,24,3 N dan pada jarak 3,7 m dengan CoF sebesar 0,71 ± 0,16,10 N, sebelum memasuki fase kondisi tunak ketika gesekan berhenti.tidak berubah dengan cepat.Karena area kontak yang kecil dan deformasi plastis awal yang kasar, gaya gesekan meningkat dengan cepat selama tahap running-in pada 3 N dan 10 N, dimana gaya gesekan yang lebih tinggi dan jarak geser yang lebih jauh terjadi pada 10 N, yang mungkin disebabkan oleh fakta bahwa Dibandingkan dengan 3 N, kerusakan permukaan lebih tinggi.Untuk 3 N dan 10 N nilai CoF pada fasa diam masing-masing adalah 0,78 ± 0,05 dan 0,67 ± 0,01.CoF praktis stabil pada 10 N dan meningkat secara bertahap pada 3 N. Dalam literatur terbatas, CoF baja tahan karat yang diberi perlakuan L-PBF dibandingkan dengan badan reaksi keramik pada beban yang diterapkan rendah berkisar antara 0,5 hingga 0,728, 20, 42, yaitu dalam sangat sesuai dengan nilai CoF yang diukur dalam penelitian ini.Penurunan CoF dengan meningkatnya beban dalam kondisi tunak (sekitar 14,1%) dapat dikaitkan dengan degradasi permukaan yang terjadi pada antarmuka antara permukaan yang aus dan permukaan yang aus, yang akan dibahas lebih lanjut pada bagian selanjutnya melalui analisis permukaan. sampel yang sudah usang.
Koefisien gesekan spesimen VSMSS yang diberi perlakuan ELP pada jalur geser pada 3 N dan 10 N, fase diam ditandai untuk setiap kurva.
Tingkat keausan spesifik HKMS (625,7 HV) diperkirakan sebesar 6,56 ± 0,33 × 10–6 mm3/Nm dan 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm masing-masing pada 3 N dan 10 N (Gbr. 4).Dengan demikian, laju keausan meningkat seiring dengan meningkatnya beban, yang sesuai dengan penelitian yang ada mengenai austenit yang diolah dengan L-PBF dan PH SS17,43.Di bawah kondisi tribologi yang sama, laju keausan pada 3 N adalah sekitar seperlima dari baja tahan karat austenitik yang diolah dengan L-PBF (k = 3,50 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 229 HV), seperti pada kasus sebelumnya .8. Selain itu, tingkat keausan HCMSS pada 3 N secara signifikan lebih rendah dibandingkan baja tahan karat austenitik yang dikerjakan secara konvensional dan, khususnya, lebih tinggi daripada baja tahan karat austenitik yang dipres dengan isotropik tinggi (k = 4,20 ± 0,3 × 10–5 mm3)./Nm, 176 HV) dan baja tahan karat austenitik mesin cor (k = 4,70 ± 0,3 × 10–5 mm3/Nm, 156 HV), masing-masing 8.Dibandingkan dengan studi-studi dalam literatur, peningkatan ketahanan aus HCMSS disebabkan oleh kandungan karbon yang tinggi dan jaringan karbida yang terbentuk sehingga menghasilkan kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan baja tahan karat austenitik yang dikerjakan dengan mesin aditif yang dikerjakan secara konvensional.Untuk mempelajari lebih lanjut tingkat keausan spesimen HCMSS, spesimen baja perkakas martensit karbon tinggi (HCMTS) dengan mesin serupa (dengan kekerasan 790 HV) diuji dalam kondisi serupa (3 N dan 10 N) untuk perbandingan;Materi pelengkap adalah Peta Profil Permukaan HCMTS (Gambar Tambahan S2).Laju keausan HCMSS (k = 6,56 ± 0,34 × 10–6 mm3/Nm) hampir sama dengan HCMTS pada 3 N (k = 6,65 ± 0,68 × 10–6 mm3/Nm), yang menunjukkan ketahanan aus yang sangat baik .Karakteristik ini terutama disebabkan oleh fitur mikrostruktur HCMSS (yaitu kandungan karbida yang tinggi, ukuran, bentuk dan distribusi partikel karbida dalam matriks, seperti dijelaskan dalam Bagian 3.1).Seperti yang dilaporkan sebelumnya31,44, kandungan karbida mempengaruhi lebar dan kedalaman bekas pakai serta mekanisme keausan mikro-abrasif.Namun, kandungan karbida tidak cukup untuk melindungi cetakan pada 10 N, sehingga mengakibatkan peningkatan keausan.Pada bagian berikut, morfologi dan topografi permukaan keausan digunakan untuk menjelaskan mekanisme keausan dan deformasi yang mempengaruhi laju keausan HCMSS.Pada 10 N, laju keausan VCMSS (k = 9,66 ± 0,37 × 10–6 mm3/Nm) lebih tinggi dibandingkan VKMTS (k = 5,45 ± 0,69 × 10–6 mm3/Nm).Sebaliknya, tingkat keausan ini masih cukup tinggi: pada kondisi pengujian serupa, tingkat keausan lapisan berbahan dasar kromium dan stellite lebih rendah dibandingkan dengan HCMSS45,46.Akhirnya, karena kekerasan alumina yang tinggi (1500 HV), laju keausan perkawinan dapat diabaikan dan ditemukan tanda-tanda perpindahan material dari spesimen ke bola aluminium.
Keausan spesifik pada pemesinan ELR pada baja tahan karat martensit karbon tinggi (HMCSS), pemesinan ELR pada baja perkakas martensit karbon tinggi (HCMTS) dan L-PBF, pemesinan pengecoran dan pengepresan isotropik tinggi (HIP) pada baja tahan karat austenitik (316LSS) pada berbagai aplikasi kecepatan dimuat.Plot sebar menunjukkan deviasi standar pengukuran.Data untuk baja tahan karat austenitik diambil dari 8.
Meskipun permukaan keras seperti kromium dan stellite dapat memberikan ketahanan aus yang lebih baik dibandingkan sistem paduan yang dikerjakan secara aditif, pemesinan aditif dapat (1) meningkatkan struktur mikro, terutama untuk material dengan beragam kepadatan.operasi di bagian akhir;dan (3) penciptaan topologi permukaan baru seperti bantalan dinamis fluida terintegrasi.Selain itu, AM menawarkan fleksibilitas desain geometris.Penelitian ini sangat baru dan penting karena sangat penting untuk menjelaskan karakteristik keausan paduan logam yang baru dikembangkan dengan EBM, dimana literatur saat ini sangat terbatas.
Morfologi permukaan aus dan morfologi sampel aus pada 3 N ditunjukkan pada gambar.5, dimana mekanisme keausan utama adalah abrasi yang diikuti dengan oksidasi.Pertama, substrat baja dideformasi secara plastis dan kemudian dihilangkan untuk membentuk alur sedalam 1 hingga 3 µm, seperti yang ditunjukkan pada profil permukaan (Gbr. 5a).Karena panas gesekan yang dihasilkan oleh geser terus menerus, material yang dihilangkan tetap berada pada antarmuka sistem tribologi, membentuk lapisan tribologi yang terdiri dari pulau-pulau kecil dengan oksida besi tinggi yang mengelilingi karbida kromium dan vanadium tinggi (Gambar 5b dan Tabel 2).), seperti juga dilaporkan untuk baja tahan karat austenitik yang diolah dengan L-PBF15,17.Pada gambar.Gambar 5c menunjukkan oksidasi intens yang terjadi di tengah bekas pakai.Dengan demikian, pembentukan lapisan gesekan difasilitasi oleh penghancuran lapisan gesekan (yaitu lapisan oksida) (Gbr. 5f) atau penghilangan material terjadi di area lemah dalam struktur mikro, sehingga mempercepat penghilangan material.Dalam kedua kasus tersebut, penghancuran lapisan gesekan menyebabkan pembentukan produk keausan pada antarmuka, yang mungkin menjadi penyebab kecenderungan peningkatan CoF pada kondisi tunak 3N (Gbr. 3).Selain itu, terdapat tanda-tanda keausan tiga bagian yang disebabkan oleh oksida dan partikel keausan lepas pada jalur keausan, yang pada akhirnya mengarah pada pembentukan goresan mikro pada substrat (Gbr. 5b, e)9,12,47.
Profil permukaan (a) dan fotomikrograf (b – f) dari morfologi permukaan keausan baja tahan karat martensit karbon tinggi yang diolah dengan ELP pada 3 N, penampang tanda keausan dalam mode BSE (d) dan mikroskop optik dari keausan permukaan pada bola alumina 3 N (g).
Slip band terbentuk pada substrat baja, menunjukkan deformasi plastis akibat keausan (Gbr. 5e).Hasil serupa juga diperoleh dalam studi perilaku keausan baja austenitik SS47 yang diberi perlakuan L-PBF.Reorientasi karbida kaya vanadium juga menunjukkan deformasi plastis matriks baja selama geser (Gbr. 5e).Mikrograf penampang tanda keausan menunjukkan adanya lubang bundar kecil yang dikelilingi oleh retakan mikro (Gbr. 5d), yang mungkin disebabkan oleh deformasi plastis yang berlebihan di dekat permukaan.Perpindahan material ke bola aluminium oksida terbatas, sedangkan bola tetap utuh (Gbr. 5g).
Lebar dan kedalaman keausan sampel meningkat seiring dengan meningkatnya beban (pada 10 N), seperti yang ditunjukkan pada peta topografi permukaan (Gbr. 6a).Abrasi dan oksidasi masih merupakan mekanisme keausan yang dominan, dan peningkatan jumlah goresan mikro pada jalur keausan menunjukkan bahwa keausan tiga bagian juga terjadi pada 10 N (Gbr. 6b).Analisis EDX menunjukkan terbentuknya pulau oksida yang kaya zat besi.Puncak Al dalam spektrum menegaskan bahwa perpindahan zat dari rekanan ke sampel terjadi pada 10 N (Gambar 6c dan Tabel 3), sedangkan tidak diamati pada 3 N (Tabel 2).Keausan tiga benda disebabkan oleh partikel keausan dari pulau oksida dan analog, di mana analisis EDX terperinci mengungkapkan sisa material dari analog (Gambar Tambahan S3 dan Tabel S1).Perkembangan pulau oksida dikaitkan dengan lubang yang dalam, yang juga diamati pada 3N (Gbr. 5).Retak dan fragmentasi karbida terutama terjadi pada karbida yang kaya akan 10 N Cr (Gbr. 6e, f).Selain itu, karbida V tinggi mengelupas dan menyebabkan keausan pada matriks di sekitarnya, yang selanjutnya menyebabkan keausan tiga bagian.Sebuah lubang yang ukuran dan bentuknya serupa dengan karbida V tinggi (disorot dalam lingkaran merah) juga muncul di penampang lintasan (Gbr. 6d) (lihat analisis ukuran dan bentuk karbida. 3.1), menunjukkan bahwa V tinggi karbida V dapat mengelupas matriks pada 10 N. Bentuk bulat karbida V tinggi berkontribusi terhadap efek tarikan, sedangkan karbida Cr tinggi yang diaglomerasi rentan terhadap retak (Gbr. 6e, f).Perilaku kegagalan ini menunjukkan bahwa matriks telah melampaui kemampuannya untuk menahan deformasi plastis dan struktur mikro tidak memberikan kekuatan tumbukan yang cukup pada 10 N. Retakan vertikal di bawah permukaan (Gbr. 6d) menunjukkan intensitas deformasi plastis yang terjadi selama geser.Dengan bertambahnya beban, terjadi perpindahan material dari lintasan yang aus ke bola alumina (Gbr. 6g), yang dapat berada pada kondisi tunak pada 10 N. Alasan utama penurunan nilai CoF (Gbr. 3).
Profil permukaan (a) dan fotomikrograf (b – f) dari topografi permukaan aus (b – f) dari baja tahan karat martensit karbon tinggi yang diolah dengan EBA pada 10 N, penampang lintasan aus dalam mode BSE (d) dan permukaan mikroskop optik bola alumina pada 10 N (g).
Selama keausan geser, permukaan terkena tekanan tekan dan geser yang disebabkan oleh antibodi, yang mengakibatkan deformasi plastis yang signifikan di bawah permukaan yang aus34,48,49.Oleh karena itu, pengerasan kerja dapat terjadi di bawah permukaan akibat deformasi plastis, yang mempengaruhi keausan dan mekanisme deformasi yang menentukan perilaku keausan suatu material.Oleh karena itu, pemetaan kekerasan penampang (sebagaimana dirinci dalam Bagian 2.4) dilakukan dalam penelitian ini untuk menentukan perkembangan zona deformasi plastis (PDZ) di bawah jalur keausan sebagai fungsi beban.Karena, seperti disebutkan pada bagian sebelumnya, tanda-tanda deformasi plastis terlihat jelas di bawah jejak keausan (Gbr. 5d, 6d), terutama pada 10 N.
Pada gambar.Gambar 7 menunjukkan diagram kekerasan penampang tanda keausan HCMSS yang diberi perlakuan ELP pada 3 N dan 10 N. Perlu dicatat bahwa nilai kekerasan ini digunakan sebagai indeks untuk mengevaluasi pengaruh pengerasan kerja.Perubahan kekerasan di bawah tanda keausan adalah dari 667 menjadi 672 HV pada 3 N (Gbr. 7a), menunjukkan bahwa pengerasan kerja dapat diabaikan.Agaknya, karena rendahnya resolusi peta kekerasan mikro (yaitu jarak antar tanda), metode pengukuran kekerasan yang diterapkan tidak dapat mendeteksi perubahan kekerasan.Sebaliknya, zona PDZ dengan nilai kekerasan 677 hingga 686 HV dengan kedalaman maksimum 118 µm dan panjang 488 µm diamati pada 10 N (Gbr. 7b), yang berkorelasi dengan lebar jalur keausan ( Gambar 6a)).Data serupa mengenai variasi ukuran PDZ dengan beban ditemukan dalam studi keausan pada SS47 yang diberi L-PBF.Hasilnya menunjukkan bahwa keberadaan austenit sisa mempengaruhi keuletan baja yang dibuat secara aditif 3, 12, 50, dan austenit sisa berubah menjadi martensit selama deformasi plastis (efek plastis dari transformasi fasa), yang meningkatkan pengerasan kerja baja.baja 51. Karena sampel VCMSS mengandung sisa austenit sesuai dengan pola difraksi sinar-X yang dibahas sebelumnya (Gbr. 2e), disarankan bahwa sisa austenit dalam struktur mikro dapat berubah menjadi martensit selama kontak, sehingga meningkatkan kekerasan PDZ ( Gambar 7b).Selain itu, pembentukan slip yang terjadi pada jalur keausan (Gbr. 5e, 6f) juga menunjukkan deformasi plastis yang disebabkan oleh slip dislokasi akibat aksi tegangan geser pada kontak geser.Namun, tegangan geser yang diinduksi pada 3 N tidak cukup untuk menghasilkan kepadatan dislokasi yang tinggi atau transformasi austenit yang tertahan menjadi martensit yang diamati dengan metode yang digunakan, sehingga pengerasan kerja hanya diamati pada 10 N (Gbr. 7b).
Diagram kekerasan penampang lintasan keausan baja tahan karat martensit karbon tinggi yang mengalami pemesinan pelepasan listrik pada 3 N (a) dan 10 N (b).
Studi ini menunjukkan perilaku keausan dan karakteristik mikrostruktur baja tahan karat martensit karbon tinggi baru yang diolah dengan ELR.Uji keausan kering dilakukan saat meluncur di bawah berbagai beban, dan sampel yang aus diperiksa menggunakan mikroskop elektron, profilometer laser, dan peta kekerasan penampang lintasan keausan.
Analisis mikrostruktur menunjukkan distribusi karbida yang seragam dengan kandungan kromium yang tinggi (~18,2% karbida) dan vanadium (~4,3% karbida) dalam matriks martensit dan austenit tertahan dengan kekerasan mikro yang relatif tinggi.Mekanisme keausan yang dominan adalah keausan dan oksidasi pada beban rendah, sedangkan keausan tiga benda yang disebabkan oleh karbida V tinggi yang diregangkan dan oksida butiran lepas juga berkontribusi terhadap keausan pada beban yang meningkat.Tingkat keausannya lebih baik daripada L-PBF dan baja tahan karat austenitik mesin konvensional, dan bahkan serupa dengan baja perkakas mesin EBM pada beban rendah.Nilai CoF menurun seiring bertambahnya beban akibat perpindahan material ke benda berlawanan.Dengan menggunakan metode pemetaan kekerasan penampang, zona deformasi plastis ditampilkan di bawah tanda keausan.Kemungkinan penghalusan butir dan transisi fasa dalam matriks dapat diselidiki lebih lanjut menggunakan difraksi hamburan balik elektron untuk lebih memahami efek pengerasan kerja.Resolusi rendah dari peta kekerasan mikro tidak memungkinkan visualisasi kekerasan zona keausan pada beban yang diterapkan rendah, sehingga nanoindentasi dapat memberikan perubahan kekerasan resolusi lebih tinggi menggunakan metode yang sama.
Studi ini untuk pertama kalinya menyajikan analisis komprehensif tentang ketahanan aus dan sifat gesekan baja tahan karat martensit karbon tinggi baru yang diolah dengan ELR.Mempertimbangkan kebebasan desain geometris AM dan kemungkinan mengurangi langkah pemesinan dengan AM, penelitian ini dapat membuka jalan bagi produksi material baru ini dan penggunaannya pada perangkat terkait keausan mulai dari poros hingga cetakan injeksi plastik dengan saluran pendingin yang rumit.
Bhat, Bahan dan Aplikasi Dirgantara BN, vol.255 (Perkumpulan Aeronautika dan Astronautika Amerika, 2018).
Bajaj, P. dkk.Baja dalam manufaktur aditif: tinjauan struktur mikro dan propertinya.Alma mater.ilmu.proyek.772, (2020).
Felli, F., Brotzu, A., Vendittozzi, C., Paolozzi, A. dan Passeggio, F. Kerusakan pada permukaan keausan komponen dirgantara baja tahan karat EN 3358 selama meluncur.Persaudaraan.Ed.Integrasi Penyangga.23, 127–135 (2012).
Debroy, T. dkk.Manufaktur Aditif Komponen Logam – Proses, Struktur, dan Kinerja.pemrograman.Alma mater.ilmu.92, 112–224 (2018).
Herzog D., Sejda V., Vicisk E. dan Emmelmann S. Produksi bahan tambahan logam.(2016).https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.07.019.
ASTM Internasional.Terminologi standar untuk teknologi manufaktur aditif.Produksi cepat.Asisten profesor.https://doi.org/10.1520/F2792-12A.2 (2013).
Bartolomeu F.dkk.Sifat mekanik dan tribologi baja tahan karat 316L – perbandingan peleburan laser selektif, pengepresan panas, dan pengecoran konvensional.Tambahkan.pabrikan.16, 81–89 (2017).
Bakhshwan, M., Myant, KW, Reddichoff, T., dan Pham, MS Kontribusi Struktur Mikro terhadap Mekanisme Keausan Geser Kering Baja Tahan Karat 316L yang Dibuat Secara Aditif dan Anisotropi.Alma mater.des.196, 109076 (2020).
Bogelein T., Drypondt SN, Pandey A., Dawson K. dan Tatlock GJ Respon mekanis dan mekanisme deformasi struktur baja yang dikeraskan dengan dispersi oksida besi yang diperoleh dengan peleburan laser selektif.majalah.87, 201–215 (2015).
Saeidi K., Alvi S., Lofay F., Petkov VI dan Akhtar, F. Kekuatan mekanik tingkat tinggi setelah perlakuan panas SLM 2507 pada ruangan dan suhu tinggi, dibantu oleh presipitasi sigma keras/ulet.Logam (Basel).9, (2019).
Lashgari, HR, Kong, K., Adabifiroozjaei, E., dan Li, S. Struktur mikro, reaksi pasca panas, dan sifat tribologi baja tahan karat 17-4 PH yang dicetak 3D.Mengenakan 456–457, (2020).
Liu, Y., Tang, M., Hu, Q., Zhang, Y., dan Zhang, L. Perilaku densifikasi, evolusi struktur mikro, dan sifat mekanik komposit baja tahan karat TiC/AISI420 yang dibuat dengan peleburan laser selektif.Alma mater.des.187, 1–13 (2020).
Zhao X. dkk.Fabrikasi dan karakterisasi baja tahan karat AISI 420 menggunakan peleburan laser selektif.Alma mater.pabrikan.proses.30, 1283–1289 (2015).
Sun Y., Moroz A. dan Alrbey K. Karakteristik keausan geser dan perilaku korosi peleburan laser selektif baja tahan karat 316L.J.Almamater.proyek.menjalankan.23, 518–526 (2013).
Shibata, K. dkk.Gesekan dan keausan baja tahan karat serbuk di bawah pelumasan oli [J].tribiol.internal 104, 183–190 (2016).