文摘
这项工作描述了线弧加法制造(WAAM)方法用于从耐磨钢制造部分。微观结构,晶体结构,和力学性能产生的样本进行了彻底的分析。耐磨钢零件成形良好,没有内部缺陷,良好的冶金结合,出色的耐磨性。金相分析证实,铁氧体的主要阶段。样品的显微硬度沿横截面是统一在水平和垂直方向和等于464.7高压0.2和482.4高压0.2,分别。抗拉强度的平均值,伸长比,和房间温度夏比冲击等于945.3 MPa, 4.3%,分别和5 J。
1。介绍
WAAM,类似于3 d打印技术,利用电弧产生的热量提供热源在融化金属线工作。熔化的金属线会形成路径集融化金属浆。衬底,熔浆是一层一层地堆积起来,并冷却,直到它变成一个金属形成的部分。因此,几乎任何形状复杂的金属零件,可以生产1- - - - - -8]。这种方法有几个优点等传统制造方法在环境友好型,材料利用率高,成型效率,以及低制造成本(9- - - - - -14]。3 d打印技术是特别受欢迎的应用程序相关的生物医药、造船、航空航天、模具生产,汽车制造业。WAAM使用电弧作为热源和填料电线为原料。适用于制造大部分地区(15- - - - - -21]尤其是农业机械容易腐蚀和磨损经过长时间的使用。因此,耐磨零件如针需要更换频繁,这不是经济可行。
磨损的主要形式之一部分的失败。它消耗大量能源,浪费原材料。大约30 - 50%的机械能被摩擦和磨损。德国联邦提供的统计技术和科学评估,磨损造成50亿欧元的损失(22,23]。中国缺乏这样的统计数据。然而,中国机械部门提供的一份报告指出,在1974 - 1975年的年度汽车零部件生产的钢铁消耗量达230000吨,其中三分之二被用来维护和修复损害造成的磨损。此外,稀疏的统计数据显示中国电力、建材、冶金、煤矿、和农业机械、零部件,每年生产需要超过150万吨的钢铁。例如,损失由于磨损刮板输送机的中部槽用于煤矿占100 - 200元/年(24- - - - - -33]。因此,这些和其他所有经济损失由磨损引起的机械设备和钢材消耗是巨大的。然而,这些损失在一定程度上可以预防如果耐钢的质量(使它更耐磨)是改善。为此,科学家和工程师需要开发新的高性能耐磨钢和理解钢磨损机制,这将提供所需的见解(34- - - - - -37]。
因此,这项工作的目的是比较耐磨材料作为原料来源弧加法制造的零件,需要优秀的耐磨性。我们研究了耐磨材料的结构和力学性能受到WAAM。本文提供数据需要推进和完善可靠的农业机械和设备的制造。耐磨钢通常包含硅、锰、铬、钼,V, W,镍、钛、铜、B和稀土元素。在本文中,我们集中在耐磨钢含有高水平的C和Cr。
2。实验程序
我们使用了FILLARC大调的606米直径1.2毫米的导线组成的耐磨钢。其化学成分如表所示1。线弧加法制造(WAAM)设备使用AIR10 AIR-TP自动化软件(见图1)。底物是一个300×100×10毫米钢板,抛光前WAAM使用砂轮表面去除层以减少板的变形。底物附着在钢基板。我们之前的工作建立了单层单程和单层多通道参数,然后用于我们的工作获得最优焊缝形状。WAAM期间控制成型精度是由测量层间使用红外温度测量。样本是150×20×60毫米大小。80% Ar / 20%下的样本印刷有限公司2的气氛。层间温度不高于150°C。层间温度被认为是最重要的一个参数(38]。电压和电流都保持在19 V和80年,分别。然而,第一层电流90 A。样本印刷速度是5毫米/秒。所有WAAM参数表2。
产生的主要样本后切成17×20毫米×28块进行进一步的硬度、金相x射线分析和扫描电子显微镜(SEM)分析。拉伸测试样本两方面进行平行和垂直于沉积方向(见图2)。
室温拉伸试验根据GB / T -2010 - 228.1标准进行使用utm - 6104材料试验机。位移控制样品拉伸过程中实施,进行0.005分钟−1应变率。影响测试用摆锤式冲击试验机(JB-W300A)。这些测量在室温下进行,为每个数据点。一个样本是抛光,然后蚀刻在酒精的硝酸铁溶液进一步微观结构观察执行根据GB / T 13298 - 2015金属显微组织检验方法使用4 xc显微镜。x射线衍射(XRD)进行使用XD-3仪器被用来确定相组成。分析参数CuK -α发射x射线源,36 V, 24, 2°/分钟扫描速度、0.02°一步,10 - 90°范围内。
摩擦测试使用干燥和执行ball-disk摩擦。为此,测试样本放入三爪夹具,然后摩擦球(6毫米直径)放置在样品表面。之前的样品重量记录30 N摩擦力。其他摩擦测试参数500 rpm锭速和1800年代测试时间。
SEM是由蔡司EVO®18仪器分析样品形态的影响后,拉伸断裂和磨损测试。透射电子显微镜(TEM),使用jem - 2100执行仪器在200千伏,0.5毫米样本片地面∼120μm。三个磁盘被穿孔的块,然后地面50μm。
对于double-spray电解测试,执行−20°C和75 V使用Gatan 691离子稀释剂来治疗Ar 0.5 h,我们用4%高氯酸溶液作为电解液。维氏显微硬度测试根据GB / T -2009 - 4340.1《金属材料”过程由使用高压- 1000 z在200克力测试仪。测试的起点是示例2毫米的上层部分远离边缘。12点1毫米除了彼此进行了测试。
3所示。结果与讨论
3.1。形成特征
3 d印制耐磨钢样品是没有崩溃(参见图形成3)和小焊丝飞溅。样品的横截面分析显示最小缺陷和满意的冶金结合(见图4)。这些观察结果进一步证实了优秀WAAM-printed耐磨钢的成形性。
3.2。微观结构和晶体结构
图5显示了不同部分的金相数据(柱状晶体,重熔和热影响区)的装配式WAAM这项工作的一部分。铁氧体的晶体通信阶段。黑锯齿形特性与晶界,而夹杂物出现黑色小颗粒是金属碳化物。
(一)
(b)
(c)
样品的低放大率分析显示没有裂缝,洞,和固体杂质,只有一些融合,不完全渗透,差的谷物和其他缺陷。因此,耐磨钢样品的内部结构由WAAM非常满意。
XRD钢样品由WAAM显示三个强峰43°,64°和80°,对应α铁阶段(见图6)。未发现其他阶段很有可能因为其内容是低于5%。SAED确认我们样品的结晶相α铁(见图7)。
(一)
(b)
3.3。机械性能
显微硬度分布图表显示,耐磨钢的硬度样品由WAAM制服,在410 - 520高压0.2范围(见图8)。横向和纵向方向的平均显微硬度值等于464.7高压0.2和482.4高压0.2,分别。这些值是非常接近对方。显微硬度波动主要是由于样品的结构变化;样品横截面分析表明它具有多层和多通道结构,第一层具有焊缝结构。此外,第一层是影响第二个,也拥有焊缝结构。原来的柱状晶体,冶炼,由于热循环和热影响区域观察同一层的焊缝。显微硬度不同,因为这些区域有不同的晶粒大小和沉淀的内容(39,40]。
力学性能的样品准备工作由WAAM优秀:平均抗拉强度,延伸率,和房间温度夏比冲击值等于945.3 MPa, 4.3%,分别和5 J(见表3)。
显微镜的钢试样的拉伸断口分析显示没有明显缺陷(见图9(一个)),同意实验结果见表3,特别是对于样品伸长值较低。数据9 (b)- - - - - -9 (d)显示纤维的拉伸断裂的形态,辐射,分别和剪切唇区。骨折是平的,明亮的,这意味着它是脆性断裂,断裂表面的通常是垂直于拉伸应力。闪亮的水晶表面的断裂是由微小的纤维违规行为。辐射区域的比例更大(见图9)比纤维区域。因此,材料具有韧性差、非常脆弱。
(一)
(b)
(c)
(d)
3.4。耐磨性
图10显示了摩擦测试样品之前和之后。五套摩擦测试在不同负载下进行。磨损条件下观察,计算和分析结果(即样品的质量变化和磨损率前后摩擦测试)展示在表4。
(一)
(b)
图11显示了磨损率和负载之间的关系。随着载荷的增加,磨损率增加。
摩擦系数和时间之间的关系(如图12)显示,随着负载的增加,摩擦系数和磨损率也增加。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
扫描电镜的样品受到摩擦测试显示许多groove-shaped穿是沿着一个固定的方向(见图13)。材料的表面还演示了一些剥落坑形成由于磨料和粘着磨损。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(我)
(j)
连续长时间带沟出现在磨损表面,这是典型的磨损。这些皱纹的深度与磨损的严重程度相对应。在我们的例子中,磨损表面相对光滑,只有轻微裂缝。随着加载力的增加,磨损率增加,10−7数量级。因此,材料具有优良的耐磨性,特别是在较高的负载。
4所示。结论
耐磨钢样品被线弧的加法制造(WAAM)。由此产生的样本具有良好的成形性能和没有明显的缺陷。内部的冶金结合的样品非常满意。横向和纵向方向的显微硬度值非常相似,与平均值等于464.7高压0.2和482.4高压0.2,分别。样品也具有优秀的机械性能:他们的平均抗拉强度,延伸率,和房间温度夏比冲击值等于945.3 MPa, 4.3%,分别和5 J。我们还观察到优秀的这些steel-resistant部分的摩擦阻力。这项工作的结果提供见解的理论和实验的理解WAAM为农业机械制造耐磨钢零件。
数据可用性
使用的数据来支持本研究可从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究受到了合作创新项目对安徽省大学生,安徽省自然科学基金,和人才计划下的安徽科技大学授予数量gxxt - 2019 - 022, 1908085 qe174, RCYJ201905,分别。