تقویت WCCO مقاومت لباس زدن فولاد Gcr15 را از طریق روش SLM افزایش می دهد

تصور کنید یک پیشرفت تکنولوژیکی که می تواند به طور قابل توجهی طول عمر کار برگهای دقیق را افزایش دهد در حالی که هزینه های نگهداری ناشی از فرسایش را کاهش دهد.فولاد سنتی GCr15 اغلب در شرایط سخت شکست می خوردیک مطالعه جدید پتانسیل ذوب لیزر انتخابی (SLM) را بررسی می کند، که یک تکنیک تولید افزودنی در حال ظهور است.برای تولید کامپوزیت های فولادی با عملکرد بالا WC-Co تقویت شده GCr15 که محدودیت های حیاتی روش های تولید معمولی را حل می کنند.

ذوب لیزر انتخابی (SLM) به عنوان یک فناوری تولید افزودنی پیشرفته توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این فرآیند از پرتوهای لیزر با انرژی بالا برای ذوب پودر فلزی لایه به لایه استفاده می کند.ساخت اجزای سه بعدی با هندسه های پیچیدهویژگی های منحصر به فرد SLM، از جمله استخر های ذوب میکرو (حدود 100 μm) ، خنک شدن سریع (10^{۶ تا ۸}K/s) ، و درمان گرمی چرخه ای تجمع یافته، منجر به میکروسروکتورهای متمایز و خواص مکانیکی برتر می شود.

فولاد حامل GCr15 به دلیل سختی، قدرت، مقاومت در برابر فرسایش و مقاومت در برابر خوردگی، به طور گسترده ای در لوله ها و قالب ها استفاده می شود.سطح آن همچنان در معرض فرسایش ناشی از اصطکاک استروش های تولید سنتی اغلب منجر به جداسازی کربید و کربید های بیش از حد می شود، که دوام قطعات را بیشتر به خطر می اندازد و کاربردهای تولید پیشرفته را محدود می کند.

تحقیقات اخیر نشان داده است امکان تولید قطعات متریسه فلزی تقویت شده با ذرات از طریق SLM. WC-Co، شناخته شده برای سختی بالا، ضریب اصطکاک پایین،و نقطه ذوب بالااین مطالعه پیشگام در ترکیب مستقیم تقویت WC-Co در فولاد حامل GCr15 از طریق فناوری SLM است.

در این تحقیق از ترکیبی از ذرات WC-Co و پودر GCr15 به عنوان مواد اولیه استفاده شد. پودر GCr15 دارای توزیع اندازه ذرات 15-53μm بود، در حالی که ذرات WC-Co به طور متوسط 5μm قطر داشتند.بعد از مخلوط کردن یکنواخت با استفاده از آسیاب توپ، مخلوط پودر با استفاده از تجهیزات مجهز به لیزر فیبر 500W تحت پردازش SLM قرار گرفت.

پارامترهای کلیدی فرآیند از جمله قدرت لیزر، سرعت اسکن، فاصله کلاه و ضخامت لایه برای دستیابی به کامپوزیت های با تراکم بالا با خواص مکانیکی برتر بهینه سازی شدند.

• SEM و XRD برای تجزیه و تحلیل ترکیب میکروسروکتوری و فازی
• میکروسکوپی نوری برای مشاهده میکروسکتور
• آزمایش سختی ویکرز (بار 200g، زمان 15s)
• آزمایش فرسایش توپ بر روی دیسک با استفاده از Si₃N₄توپ های سرامیکی (5N بار، سرعت 0.1m/s، فاصله 1000m کششی)
• محاسبه میزان فرسایش از طریق اندازه گیری سطح فرسایش فرسوده

کامپوزیت های ساخته شده از SLM دارای ساختارهای متراکم با توزیع یکسانی ذرات WC-Co بودند.ماتریس GCr15 ساختارهای سلولی ظریف (1-2μm) را با رطوبت های نانو در مرز سلول نشان می دهدپیوند بین سطح و قطعات WC-Co و ماتریکس بدون منافذ یا ترک قابل توجهی مشاهده شد.

تجزیه و تحلیل XRD حضور فاز های α-Fe، WC و Co را بدون تشکیل فاز جدید تایید کرد، که نشان دهنده تعامل شیمیایی حداقل در طول پردازش است.افزودن WC-Co ساختار دانه های ماتریس را از طریق هسته های ناهمگن بهبود بخشید.

کامپوزیت ها پیشرفت های قابل توجهی را نشان دادند:

• افزایش قابل توجهی در سختی در مقایسه با GCr15 خالص
• کاهش چشمگیر میزان فرسایش
• ترکیب WC-Co 10 wt.٪ به سختی 850HV رسیده است
• میزان فرسایش به 1.2 × 10 کاهش یافته است^-6mm³N^-1m^-1

سختی برتر ناشی از خواص ذاتی WC-Co و محدودیت حرکت انحلال است. در طول فرسایش، ذرات WC-Co بار بیشتری را تحمل می کنند و فرسایش ماتریس را کاهش می دهند.

GCr15 خالص دارای سطوح لباس خشن با حراجی آشکار و باقی مانده، مشخصه ی لباس های خیس کننده است. کامپوزیت های WC-Co دارای سطوح صاف تر با حراجی کمتر هستند.ذرات برجسته WC-Co ظرفیت تحمل و روانکاری را فراهم می کند، به طور موثر از بین بردن فرسایش خیس کننده.

• تولید موثر از کامپوزیت های WC-Co/GCr15 با اتصال خوب از طریق SLM
• تصفیه دانه های قابل توجهی و افزایش خواص مکانیکی
• مقاومت موثر در برابر فرسایش جاروبرقی از طریق ترکیب WC-Co

در حالی که امیدوار کننده است، چالش ها در بهینه سازی فرآیند، کنترل توزیع ذرات و کاهش هزینه برای پذیرش صنعتی باقی می ماند.تحقیقات آینده باید این جنبه ها را مورد بررسی قرار دهند تا به طور کامل پتانسیل SLM را در کاربردهای پیشرفته قرار دهند.