Wcco-Verstärkung erhöht die Verschleißfestigkeit von Gcr15-Stahl über die SLM-Methode

Stellen Sie sich einen technologischen Durchbruch vor, der die Lebensdauer von Präzisionslagern erheblich verlängern und gleichzeitig die Wartungskosten durch Verschleiß senken könnte.Der traditionelle GCr15-Lagerstahl versagt häufig unter anspruchsvollen BedingungenEine neue Studie untersucht das Potenzial des selektiven Laserschmelzens (SLM), einer aufstrebenden additiven Fertigungstechnik.zur Herstellung von hochleistungsfähigen WC-Co-verstärkten GCr15-lagerförmigen Stahlverbundwerkstoffen, die die kritischen Einschränkungen herkömmlicher Herstellungsmethoden beheben.

Das selektive Laserschmelzen (SLM) hat als fortschrittliche additive Fertigungstechnologie erhebliche Aufmerksamkeit erlangt.Bau von dreidimensionalen Bauteilen mit komplexen Geometrien. die einzigartigen Eigenschaften von SLM, einschließlich Mikro-Schmelzbecken (ca. 100 μm), schneller Abkühlung (10^{6 bis 8}K/s) und kumulative zyklische Wärmebehandlung führen zu markanten Mikrostrukturen und überlegenen mechanischen Eigenschaften.

GCr15-Lagerstahl wird aufgrund seiner hervorragenden Härte, Festigkeit, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit häufig in Lager und Formen verwendet.die Oberfläche bleibt anfällig für ReibungsverschleißKonventionelle Herstellungsmethoden führen häufig zu einer Carbidentrennung und zu überdimensionalen Carbiden, was die Haltbarkeit der Bauteile weiter beeinträchtigt und die Anwendungen in der fortgeschrittenen Fertigung einschränkt.

Eine kürzlich durchgeführte Forschung hat gezeigt, dass es möglich ist, durch SLM mit Partikel verstärkte Metallmatrixverbundwerkstoffe herzustellen.und hoher SchmelzpunktDiese Studie ist ein Pionier in der direkten Einbeziehung von WC-Co-Ausrüstung in GCr15­Lager­Stahl mittels SLM­Technologie.

Bei der Forschung wurde eine Mischung aus WC-Co-Partikeln und GCr15-Pulver als Rohstoffe verwendet.Nach gleichmäßigem Mischen durch Kugelmühlen, wurde das Pulvergemisch mit einem 500W-Faser ausgestatteten Gerät einer SLM-Verarbeitung unterzogen.

Die wichtigsten Prozessparameter, darunter Laserleistung, Scangeschwindigkeit, Schlüsseldistanz und Schichtdicke, wurden optimiert, um hochdichte Verbundwerkstoffe mit überlegenen mechanischen Eigenschaften zu erzielen.

• SEM und XRD für die Analyse der Mikrostruktur- und Phasenzusammensetzung
• Optische Mikroskopie zur Beobachtung von Mikrostrukturen
• Vickers-Härteprüfung (200 g Belastung, Aufenthaltszeit von 15 s)
• Ball-on-Disk-Ausnutzungsprüfung mit Si₃N₄Keramikkugeln (5N-Last, Geschwindigkeit 0,1 m/s, Schiebewegung von 1000 m)
• Berechnung der Verschleißrate durch Messung der Querschnittsfläche der abgenutzten Oberfläche

Die mit SLM hergestellten Verbundwerkstoffe zeigten dichte Strukturen mit gleichmäßiger WC-Co-Partikelverteilung.Die GCr15-Matrix zeigte feine zelluläre Strukturen (1-2μm) mit nanoskaligen Niederschlägen an den ZellgrenzenEine ausgezeichnete Oberflächenbindung zwischen WC-Co-Partikeln und der Matrix wurde ohne signifikante Porosität oder Rissbildung beobachtet.

Die XRD-Analyse bestätigte das Vorhandensein von α-Fe-, WC- und Co-Phasen ohne neue Phasenbildung, was auf eine minimale chemische Wechselwirkung während der Verarbeitung hindeutet.WC-Co-Zusatz verfeinerte die Matrixkornstruktur durch heterogene Nukleation.

Die Verbundwerkstoffe zeigten bemerkenswerte Verbesserungen:

• Signifikanter Anstieg der Härte im Vergleich zu reinem GCr15
• Dramatische Reduzierung der Verschleißrate
• 10 wt.% WC-Co-Zusammensetzung erreicht 850HV Härte
• Verschleißrate auf 1,2 × 10^-6mm³N^{- 1}m^{- 1}

Die überlegene Härte beruht auf den inhärenten Eigenschaften von WC-Co und der Beschränkung der Verwerfungsbewegung. Während des Verschleißes tragen WC-Co-Partikel größere Belastungen und reduzieren den Verschleiß der Matrix.

Reine GCr15 zeigte raue Verschleißoberflächen mit offensichtlichem Pflügen und Trümmern, charakteristisch für abrasive Verschleiß. WC-Co-Verbundwerkstoffe zeigten glattere Oberflächen mit geringerem Pflügen.Ausstehende WC-Co-Partikel lieferten Tragfähigkeit und Schmierung, wodurch abrasiver Verschleiß wirksam unterdrückt wird.

• Wirksame Herstellung von gut gebundenen WC-Co/GCr15-Verbundwerkstoffen mittels SLM
• Wesentliche Kornveredelung und Verbesserung der mechanischen Eigenschaften
• Wirksame Abrasivverschleißbekämpfung durch Einbeziehung von WC-Co

Obwohl es vielversprechend ist, bestehen weiterhin Herausforderungen bei der Optimierung der Prozesse, der Kontrolle der Partikelverteilung und der Kostensenkung für die industrielle Einführung.Die künftigen Forschungen sollten sich mit diesen Aspekten befassen, um das Potenzial von SLM in fortschrittlichen Lageranwendungen voll auszuschöpfen..