采用增材制造工艺生产的产品已引起工程、医疗保健和整个社会的高度关注。然而,人们对增材制造合金的失效知之甚少,尤其是大多数工程应用中常见的腐蚀和磨损。这种合金的随意和低效使用引发了人们对安全性、兼容性、可靠性、成本和消费者满意度的担忧。为了解决这些问题,我们根据已发表的文献研究了通过增材制造制造的合金最常见的失效模式——腐蚀和磨损的机制。研究发现,加工条件对合金的微观结构以及耐腐蚀和耐磨性有着深远的影响。由于层状结构,腐蚀和磨损的起始和发展都表现出各向异性行为。本综述的见解可作为最先进技术的参考,并有助于开发未来具有更好耐腐蚀和耐磨性能的增材制造合金。[DOI:10.1115/1.4050503]
在热成型工艺中,磨损过度或出现裂纹的模具需要修复后重新使用。热成型模具一般通过焊接修复的方法回收利用。焊接修复方法高度依赖于工程师的技能,会导致尺寸缺陷、结构缺陷等工艺缺陷。近年来,金属3D打印方法已应用于旧模具的修复。本研究旨在评估3D打印方法修复AISI H13工具钢的磨损特性。分别利用3D打印、焊接和初始材料制作了三种磨损试样。进行了销盘磨损试验以评估磨损特性。从磨损试验结果来看,3D打印方法的磨损特性优于焊接材料,而与初始材料相似。
摘要 ................................................................................................................................ I
本报告是作为美国政府机构赞助的工作的记录而编写的。美国政府及其任何机构或其任何雇员均不对所披露的任何信息、设备、产品或流程的准确性、完整性或实用性做任何明示或暗示的保证,也不承担任何法律责任或义务,也不表示其使用不会侵犯私有权利。本文以商品名、商标、制造商或其他方式提及任何特定商业产品、流程或服务,并不一定构成或暗示美国政府对其任何机构的认可、推荐或支持。本文表达的作者的观点和意见不一定代表或反映美国政府或其任何机构的观点和意见。
当飞机推进机械开始老化时,微小颗粒会从承重表面(如轴承和齿轮)释放到润滑剂中。能够检测和分析这些颗粒对于做出明智的维护决策至关重要。使用此类信息做出的明智决策通常对飞机可用性和安全性产生重大积极影响。军用飞机通常需要在偏远地区(如海上或远离重要实验室支持服务的前沿作战基地)长期飞行。因此,在这种情况下,有必要提供一些增强工具,以快速准确地确定从飞机磁性芯片检测器、屏幕或过滤器中回收的金属磨损碎片的重要性。本文介绍了一些已开始的工作,以增强在偏远地区操作飞机的维护人员可获得的信息。
图 2.1:典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2:为 640 MW 汽轮机供气的锅炉轮廓,显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3:南非 Hendrina 发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4:20µm 以下的电厂粉煤灰,显示了颗粒如何呈现完美的球形并且倾向于相互粘附(Lethabo 发电站)。10 图 2.5:显微照片显示了从最小颗粒到最大球体的尺寸范围,其尺寸范围都在 100µm 以下。形状畸形的球体通常是空心的,从最右边已经裂开的球体可以看出(Lethabo 发电站)。11 图 2.6:显微照片显示了尺寸范围 > 100µm 的颗粒。这里除了球体之外,还可以看到更多不规则颗粒,这些球体是半燃煤或焦炭的大颗粒(Lethabo 发电站)。11 图 3. 1:A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度关系,注意两种材料损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3. 2:两种不同钢的损耗与温度关系,无论粒子撞击速度如何,它们的峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3. 3:侵蚀主导行为状态的定位以及向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4:Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。 28 图 3.5:侵蚀速率与涂层厚度的关系图,显示随着涂层厚度的增加,抗侵蚀性能增强 [73] 37 图 3.6:Shui 等人的图表清楚地说明了随着温度的增加,侵蚀速率呈上升趋势。 图 3.7:氮化和碳化试样的侵蚀速率与温度的关系图,显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。 40 图 3.8:几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图,显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1:高温侵蚀磨损装置图。编号特征(1)-(7)与装置照片中的特征相对应。 46 图 4.2:腐蚀装置的照片:(1)气体火焰,(2)预热室,(3)腐蚀进料器,(4)加速管。 47 图 4.3:(a)测试部分,附接到室盖板上,以便于测试后快速取出样品。(b)测试部分插入的样品室(5)。48 图 4.4:冷却部分(6)与旋风分离器和排气管(7)相连。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。 49 图 4.5:显示重要尺寸的旋风图。 64 图 4. 6:200°G 运行期间仪器上各个位置的温度与时间的关系图。 67 图 4. 7:500°G 运行中,仪器上不同位置的温度与时间的关系图。 68 图 4.8:几种不同空气供应压力下样品最终温度与气体调节器供应压力的关系。引用的空气压力是压力调节器上显示的单位,其中 1 bar= 1 个大气压以上,即 2.026x10 5 Nm· 2 • 69 图 4.9:106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下颗粒和气体速度与供应压力的关系
图 2.1:典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2:为 640 MW 汽轮机供气的锅炉轮廓,显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3:南非 Hendrina 发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4:20µm 以下的电厂粉煤灰,显示了颗粒如何呈现完美的球形并且倾向于相互粘附(Lethabo 发电站)。10 图 2.5:显微照片显示了从最小颗粒到最大球体的尺寸范围,其尺寸范围都在 100µm 以下。形状畸形的球体通常是空心的,从最右边已经裂开的球体可以看出(Lethabo 发电站)。11 图 2.6:显微照片显示了尺寸范围 > 100µm 的颗粒。这里除了球体之外,还可以看到更多不规则颗粒,这些球体是半燃煤或焦炭的大颗粒(Lethabo 发电站)。11 图 3. 1:A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度关系,注意两种材料损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3. 2:两种不同钢的损耗与温度关系,无论粒子撞击速度如何,它们的峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3. 3:侵蚀主导行为状态的定位以及向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4:Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。 28 图 3.5:侵蚀速率与涂层厚度的关系图,显示随着涂层厚度的增加,抗侵蚀性能增强 [73] 37 图 3.6:Shui 等人的图表清楚地说明了随着温度的增加,侵蚀速率呈上升趋势。 图 3.7:氮化和碳化试样的侵蚀速率与温度的关系图,显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。 40 图 3.8:几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图,显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1:高温侵蚀磨损装置图。编号特征(1)-(7)与装置照片中的特征相对应。 46 图 4.2:腐蚀装置的照片:(1)气体火焰,(2)预热室,(3)腐蚀进料器,(4)加速管。 47 图 4.3:(a)测试部分,附接到室盖板上,以便于测试后快速取出样品。(b)测试部分插入的样品室(5)。48 图 4.4:冷却部分(6)与旋风分离器和排气管(7)相连。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。 49 图 4.5:显示重要尺寸的旋风图。 64 图 4. 6:200°G 运行期间仪器上各个位置的温度与时间的关系图。 67 图 4. 7:500°G 运行中,仪器上不同位置的温度与时间的关系图。 68 图 4.8:几种不同空气供应压力下样品最终温度与气体调节器供应压力的关系。引用的空气压力是压力调节器上显示的单位,其中 1 bar= 1 个大气压以上,即 2.026x10 5 Nm· 2 • 69 图 4.9:106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下颗粒和气体速度与供应压力的关系
图 2。1:典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2:为 640 MW 涡轮机供气的锅炉轮廓,显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3:南非亨德里纳发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4:20µm 以下的电厂粉煤灰,显示颗粒如何完美地呈球形并倾向于相互附着(Lethabo 发电站)。10 图 2.5:显微照片显示从最小颗粒到最大球体的 100µm 以下尺寸范围。形状怪异的球体通常是空心的,从最右边已经裂开的球体可以看出(Lethabo 发电站)。11 图 2.6:显微照片显示尺寸范围 > 100µm 的颗粒。除了球体外,这里还可以看到更多不规则颗粒,这些球体是半燃煤或炭的大颗粒(Lethabo 发电站)。11 图 3。1:A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度的关系,注意两种材料的损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3。2:两种不同钢的损耗与温度的关系,无论粒子撞击速度如何,其峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3。3:侵蚀主导行为状态的定位和向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4:Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。64 图 4。67 图 4。28 图 3.5:侵蚀速率与涂层厚度的关系图,显示随着涂层厚度的增加,抗侵蚀性也随之增加 [73] 37 图 3。6:Shui 等人的图表清楚地说明了侵蚀速率随~~fy ~ 图 3 的增加而增加的趋势。7:氮化和碳化样品的侵蚀速率与温度的关系图,显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。40 图 3.8:几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图,显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1:高温侵蚀磨损装置图。编号特征 (1) - (7) 与装置照片中的特征相对应。46 图 4.2:侵蚀装置的照片:(1)气体火焰,(2)预热室,(3)侵蚀进料器,(4)加速管。47 图 4.3:(a)测试部分,附接到室盖板上,以便于测试后快速取出样品。(b) 测试部分插入的样品室 (5)。48 图 4.4:冷却部分 (6) 连接到旋风分离器和排气管 (7)。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。49 图 4.5:旋风分离器的示意图,显示重要尺寸。6:200°G 运行条件下,仪器上各个位置的温度与时间的关系图。7:500°G 运行条件下,仪器上各个位置的温度与时间的关系图。68 图 4.8:几种不同空气供应压力下,样品最终温度与气体调节器供应压力的关系图。引用的气压是压力调节器上显示的单位,其中 1 bar= 高于大气压 1 个大气压,即2.026x10 5 N.m· 2 • 69 图 4.9:106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下的颗粒和气体速度与供应压力的关系
图 2.1:典型双程粉状燃料锅炉厂示意图。5 图 2.2:为 640 MW 汽轮机供气的锅炉轮廓,显示了气体温度状态以及典型双程锅炉中经历的平均气体速度。8 图 2.3:南非 Hendrina 发电站的粉煤灰粒度分布。9 图 2.4:20µm 以下的电厂粉煤灰,显示了颗粒如何呈现完美的球形并且倾向于相互粘附(Lethabo 发电站)。10 图 2.5:显微照片显示了从最小颗粒到最大球体的尺寸范围,其尺寸范围都在 100µm 以下。形状畸形的球体通常是空心的,从最右边已经裂开的球体可以看出(Lethabo 发电站)。11 图 2.6:显微照片显示了尺寸范围 > 100µm 的颗粒。这里除了球体之外,还可以看到更多不规则颗粒,这些球体是半燃煤或焦炭的大颗粒(Lethabo 发电站)。11 图 3. 1:A/SI 304 不锈钢和碳钢的损耗与温度关系,注意两种材料损耗峰值的位置和大小 [BJ。23 图 3. 2:两种不同钢的损耗与温度关系,无论粒子撞击速度如何,它们的峰值损耗都发生在同一温度下 [51}。23 图 3. 3:侵蚀主导行为状态的定位以及向腐蚀主导行为的转变 [BJ。25 图 3.4:Ninham 等人使用的典型流化床装置 [51}。 28 图 3.5:侵蚀速率与涂层厚度的关系图,显示随着涂层厚度的增加,抗侵蚀性能增强 [73] 37 图 3.6:Shui 等人的图表清楚地说明了随着温度的增加,侵蚀速率呈上升趋势。 图 3.7:氮化和碳化试样的侵蚀速率与温度的关系图,显示温度对侵蚀速率的影响较弱 [78] 。 40 图 3.8:几种爆炸枪涂层的侵蚀速率与温度的关系图,显示侵蚀速率对温度的依赖性更强 [BO] 41 图 4.1:高温侵蚀磨损装置图。编号特征(1)-(7)与装置照片中的特征相对应。 46 图 4.2:腐蚀装置的照片:(1)气体火焰,(2)预热室,(3)腐蚀进料器,(4)加速管。 47 图 4.3:(a)测试部分,附接到室盖板上,以便于测试后快速取出样品。(b)测试部分插入的样品室(5)。48 图 4.4:冷却部分(6)与旋风分离器和排气管(7)相连。可以看出排气管如何有效增加旋风出口管的高度。 49 图 4.5:显示重要尺寸的旋风图。 64 图 4. 6:200°G 运行期间仪器上各个位置的温度与时间的关系图。 67 图 4. 7:500°G 运行中,仪器上不同位置的温度与时间的关系图。 68 图 4.8:几种不同空气供应压力下样品最终温度与气体调节器供应压力的关系。引用的空气压力是压力调节器上显示的单位,其中 1 bar= 1 个大气压以上,即 2.026x10 5 Nm· 2 • 69 图 4.9:106-125 µm SiC 颗粒在 2.5 kg .m· 通量下颗粒和气体速度与供应压力的关系
