アーク指向性エネルギー堆積技術により添加剤で作製したオーステナイト系ステンレス鋼の微細組織変化と耐摩耗性向上に関する研究

出典: 防衛技術

この研究では、アーク指向性エネルギー堆積（DED）技術を使用してオーステナイト系ステンレス鋼（ASS）を積層製造しました。堆積構造の上部、中間部、下部領域のマクロ構造、ミクロ構造、さまざまな空間方向（0°、90°、45°）での機械的特性、および摩耗特性を評価しました。結果は、積層造形された SS316LSi 鋼の微細構造が主にオーステナイト (γ) 相と δ-フェライト (δ) 相で構成されていることを示しています。 γ マトリックスでは、δ 相が粒界内および粒界に沿って分布し、小さな虫のような形態を呈しています。引張試験および衝撃試験の結果、ワイヤアーク積層造形 (WAAM) によって堆積されたオーステナイト系ステンレス鋼の下部、中間部、上部の領域は、鍛造 SS316L と同様の特性を示しました。ビルドの高さが増加すると、剛性の値が減少することに注意してください。引張試験片の破断面を走査型電子顕微鏡 (SEM) で検査したところ、小さな閉じたピットが観察され、構築された構造が良好な延性を持っていることが示されました。摩耗試験の結果、わずかな酸化と一般的な凝着摩耗が見られました。メカノハイブリッド複合層を堆積させることにより、酸化速度の増加が摩耗表面の修復に有益であることがわかりました。この研究の成果は、摩耗の影響を受ける製品や部品の設計、製造、改良に役立つでしょう。アーク積層造形法で堆積されたオーステナイト系ステンレス鋼は、優れた強度と耐衝撃性を備えており、軍用車両や航空機の装甲板の製造などの防衛用途に使用できます。

オリジナルリンク: https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.02.006

主な結論

本研究では、アーク指向性エネルギー堆積（DED）プロセスを使用して付加的に堆積されたオーステナイト系ステンレス鋼（SS316LSi）構造の微細構造の進化、機械的特性、および摩擦学的側面との関係を調査し、確立しました。主な調査結果は次のとおりです。
•アーク指向性エネルギー堆積プロセスによって製造されたオーステナイト系ステンレス鋼 (SS316LSi) は、構築方向のさまざまな位置に明確な粒子形成を伴う完全に不均質な微細構造を持っています。主な微細構造要素には、オーステナイト相、柱状結晶、等軸結晶、細胞状樹枝状結晶が含まれ、堆積物には少量の δ フェライトが散在しています。

•0°方向の引張強度は他の方向よりも極限引張強度（UTS）が高くなります。冷却速度の違いは、上層と下層の間の硬度、衝撃強度、引張強度のばらつきを引き起こす要因となります。

•アーク積層造形法で加工したオーステナイト系ステンレス鋼サンプルの摩擦係数（COF）は、0.5410～0.5688の範囲でした。

•荷重が30Nのとき、最大摩耗率は39.6×10−4 mm3/(N·m)、荷重が20Nのとき、最小摩耗率は25.9×10−4 mm3/(N·m)です。負荷が増加すると摩耗跡の塑性変形が増加し、摩耗率と摩擦係数が増加します。

•付加製造されたオーステナイト系ステンレス鋼は、優れた強度、耐衝撃性、耐摩耗性を備えているため、軍用車両や航空機の装甲板の製造に使用できます。
上記の調査結果は、摩耗しやすい製品/コンポーネントの設計、製造、または変更に重要な参考資料となります。堆積アーク積層造形法で製造されたオーステナイト系ステンレス鋼は、並外れた強度と耐衝撃性を備えているため、特に軍用車両や航空機などの防衛用途における装甲板製造に最適な材料です。この研究は、重要な分野における先進材料への新たな道を切り開き、アーク指向性エネルギー堆積技術が積層造形されたオーステナイト系ステンレス鋼の性能と耐久性を向上させる可能性を実証しています。

アーク指向性エネルギー堆積技術により添加剤で作製したオーステナイト系ステンレス鋼の微細組織変化と耐摩耗性向上に関する研究

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