Resistência ao desgaste de um produto de alta fabricação aditiva

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 12554 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

O comportamento do desgaste por deslizamento a seco de um aço inoxidável martensítico de alto carbono (HCMSS) consistindo de ~ 22,5 vol% de carbonetos ricos em cromo (Cr) e vanádio (V) processados ​​por fusão por feixe de elétrons (EBM) foi capturado. A microestrutura consistia em fases de martensita e austenita retida com uma distribuição homogênea de carbonetos ricos em V de tamanho submícron e ricos em Cr de tamanho micron, levando a uma dureza relativamente alta. O CoF diminuiu ~ 14,1% com o aumento da carga no estado estacionário, devido ao material transferido da trilha de desgaste sobre o contracorpo. A taxa de desgaste do HCMSS em comparação com o aço para ferramentas martensítico processado da mesma maneira e foi quase idêntica sob baixa carga aplicada. O mecanismo de desgaste dominante foi a remoção da matriz de aço por abrasão, seguida pela oxidação da trilha de desgaste, enquanto o desgaste abrasivo de três corpos ocorreu com o aumento da carga. Uma zona plasticamente deformada abaixo da trilha de desgaste foi revelada através do mapeamento de dureza transversal. Fenômenos específicos ocorridos com condições de desgaste cada vez mais agressivas foram descritos com trincas de metal duro, arrancamento de carbonetos ricos em V e trincas de matriz. Este estudo revelou o desempenho contra desgaste do HCMSS fabricado aditivamente, o que poderia abrir caminho para a produção de componentes para aplicações relacionadas ao desgaste, desde eixos até moldes de injeção de plástico via EBM.

Os aços inoxidáveis ​​(SS) são uma família de aços versátil amplamente utilizada em uma ampla gama de aplicações aeroespaciais, automotivas, de processamento de alimentos e muitas outras aplicações de engenharia devido à sua alta resistência à corrosão e propriedades mecânicas adequadas1,2,3. Sua alta resistência à corrosão é atribuída ao alto teor de cromo (acima de 11,5% em peso) no SS, facilitando a formação de um filme de óxido rico em cromo na superfície1. No entanto, a maioria dos graus de SS tem baixo teor de carbono e, portanto, dureza e resistência ao desgaste limitadas, levando a uma vida útil mais curta em aplicações relacionadas ao desgaste, como componentes de pouso aeronáutico4. Eles geralmente possuem baixa dureza (variando entre 180 e 450 HV), e apenas alguns tipos de SS martensíticos tratados termicamente apresentam alta dureza (até 700 HV) associada ao seu alto teor de carbono (até 1,2% em peso), o que pode promover a formação de martensita1. Resumidamente, o alto teor de carbono diminui a temperatura de transformação da martensita, possibilitando uma microestrutura totalmente martensítica em altas taxas de resfriamento e obtendo uma microestrutura resistente ao desgaste. Para melhorar ainda mais o desempenho de desgaste da matriz, fases duras (como carbonetos) podem ser incorporadas na matriz de aço.

A implementação da manufatura aditiva (MA) permite a produção de novos materiais com composições desejadas, características microestruturais e propriedades mecânicas superiores5,6. Por exemplo, a fusão em leito de pó (PBF), um dos processos AM mais comercializados, pode depositar pós pré-ligados para formar um componente com formato próximo ao líquido, fundindo o pó usando uma fonte de calor como laser ou feixe de elétrons . Vários estudos mostraram que as peças SS processadas por AM podem ser superiores às fabricadas convencionalmente. Por exemplo, foi demonstrado que o SS austenítico processado por AM tem propriedades mecânicas melhoradas devido à microestrutura mais fina (isto é, relação Hall-Petch)3,8,9. O tratamento térmico em SS ferrítico processado por AM promoveu a formação de precipitados adicionais, proporcionando propriedades mecânicas semelhantes às convencionais3,10. Foram introduzidos SS duplex processados ​​por AM com alta resistência e dureza, onde as propriedades mecânicas melhoradas são atribuídas às fases intermetálicas ricas em Cr dentro da microestrutura . Além disso, propriedades mecânicas melhoradas para SS martensítico processado por AM e SS endurecido por precipitação podem ser obtidas controlando a austenita retida dentro da microestrutura e otimizando os parâmetros de processamento AM e tratamento térmico .