Il rinforzo Wcco aumenta la resistenza all'usura dell'acciaio Gcr15 tramite il metodo SLM

Immaginate una svolta tecnologica che potrebbe prolungare significativamente la vita di servizio dei cuscinetti di precisione riducendo al contempo i costi di manutenzione causati dall'usura.L'acciaio tradizionale con cuscinetti GCr15 spesso non funziona in condizioni difficiliUn nuovo studio esplora il potenziale della fusione laser selettiva (SLM), una tecnica di produzione additiva emergente.per produrre composti in acciaio con cuscinetti GCr15 rinforzati WC-Co ad alte prestazioni che soddisfino le limitazioni critiche dei metodi di produzione convenzionali.

La fusione laser selettiva (SLM) ha guadagnato considerevole attenzione come tecnologia avanzata di produzione additiva.costruzione di componenti tridimensionali con geometrie complesseLe caratteristiche uniche di SLM includono micro pozzi di fusione (circa 100 μm), raffreddamento rapido (10^6-8Il trattamento termico ciclico cumulativo dà luogo a microstrutture distintive e proprietà meccaniche superiori.

L'acciaio a cuscinetto GCr15 è ampiamente utilizzato nei cuscinetti e negli stampi a causa della sua eccellente durezza, resistenza, resistenza all'usura e resistenza alla corrosione.la sua superficie rimane suscettibile di usura indotta da attritoI metodi di fabbricazione convenzionali portano spesso alla segregazione dei carburi e a carburi di grandi dimensioni, compromettendo ulteriormente la durata dei componenti e limitando le applicazioni nella produzione avanzata.

Ricerche recenti hanno dimostrato la fattibilità di produrre materiali compositi di matrice metallica rinforzata con particelle attraverso la SLM.e punto di fusione elevatoQuesto studio rappresenta un passo avanti nell'incorporazione diretta del rinforzo WC-Co nell'acciaio a cuscinetti GCr15 mediante la tecnologia SLM.

La ricerca ha impiegato come materie prime una miscela di particelle WC-Co e polvere GCr15.Dopo miscelazione uniforme mediante fresatura a sfera, la miscela in polvere è stata sottoposta a lavorazione SLM utilizzando apparecchiature dotate di laser a fibra di 500 W.

I parametri chiave del processo, tra cui potenza laser, velocità di scansione, spaziatura tra le tracce e spessore dello strato, sono stati ottimizzati per ottenere compositi ad alta densità con proprietà meccaniche superiori.

• SEM e XRD per l'analisi della composizione microstrutturale e di fase
• Microscopia ottica per l'osservazione delle microstrutture
• Test di durezza Vickers (carico di 200 g, tempo di permanenza di 15 s)
• Prova di usura a sfera sul disco con Si₃N₄sfere di ceramica (carico di 5N, velocità di 0,1 m/s, distanza di scorrimento di 1000 m)
• Calcolo della velocità di usura mediante misurazione della sezione trasversale della superficie usata

I compositi fabbricati con SLM mostravano strutture dense con una distribuzione uniforme delle particelle WC-Co.La matrice GCr15 ha mostrato strutture cellulari sottili (1-2μm) con precipitati su nanoscala ai confini cellulariÈ stato osservato un eccellente legame interfacciale tra le particelle di WC-Co e la matrice senza porosità o crepe significative.

L'analisi XRD ha confermato la presenza di fasi α-Fe, WC e Co senza formazione di nuove fasi, indicando una minima interazione chimica durante la lavorazione.L'aggiunta di WC-Co ha perfezionato la struttura dei grani della matrice attraverso nucleazione eterogenea.

I compositi hanno dimostrato notevoli miglioramenti:

• Aumento significativo della durezza rispetto al GCr15 puro
• Diminuzione drammatica del tasso di usura
• Composizione WC-Co pari a 10% in peso, ottenuta durezza 850HV
• Tasso di usura ridotto a 1,2 × 10^-6mm³N^{- 1}m^{- 1}

La durezza superiore deriva dalle proprietà intrinseche del WC-Co e dalla restrizione del movimento di lussazione.

Il GCr15 puro presentava superfici di usura ruvide con evidenti aratura e detriti, caratteristici dell'usura abrasiva.Le particelle protuberanti di WC-Co forniscono capacità di carico e lubrificazione, inibendo efficacemente l'usura abrasiva.

• Fabbricazione efficace di compositi WC-Co/GCr15 ben legati mediante SLM
• Significativa raffinazione del grano e miglioramento delle proprietà meccaniche
• Effettiva soppressione dell'usura degli abrasivi attraverso l'incorporazione di WC-Co

Sebbene promettenti, le sfide rimangono nell'ottimizzazione dei processi, nel controllo della distribuzione delle particelle e nella riduzione dei costi per l'adozione industriale.Le ricerche future dovrebbero affrontare questi aspetti per realizzare appieno il potenziale di SLM in applicazioni avanzate di cuscinetti.