Material and process design for additive manufacturing of hard metals

硬质合金增材制造的材料和工艺设计

基本信息

  • 批准号:
    2386302
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2020
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2020 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The design of materials resistant to wear is an area that could offer significant industrial benefits ranging from applications in the construction, machining and manufacturing sectors. Despite that, wear resistant material innovation, in particular related to metal-based materials, is limited by constraints encountered in processing and prototyping and hence, few novel materials have been able to compete with tungsten carbide (WC) based components. However, the rapid growth and development of additive manufacturing (AM) methods offers an avenue for the holistic design of both new wear resistant materials and their manufacturing process. Using AM, processing can be modified to occur at non-equilibrium states and these methods can be used to tailor the formation of hardening phases to a later stage in the post-processing cycles, hence allowing for improved material processability. It is therefore the aim of this project to investigate avenues for materials design and processing for wear resistant applications using AM-based methods. The project will focus on the evaluating the potential and processability of three classes of materials initially: high entropy alloys and high entropy carbides and the possibilities of high entropy cemented carbide design and high-hardness steels. Material design efforts will focus on high entropy alloys and hardenable steels. High entropy alloys have provided a domain of metallurgical research that has expanded exponentially over the last few years, yet few studies have evaluated high entropy alloys for wear resistance. In this work several compositions of refractory metal high entropy alloys (HEAs) will be initially evaluated for hardness and processability, before further AM processing and wear resistance tests can be carried out. In addition, the possibilities of inducing significant carbide formation using post-AM processing heat treatments will be explored. Several HEAs are known to result in the precipitation of carbide species following prolonged exposures at high temperatures. By experimenting with the C content as well as AM processing within promising systems, the kinetics of carbide formation can be significantly altered to induce carbide formation with industrially viable heat treatment durations. Furthermore, and if time permits, several species of high-hardness high entropy carbides (HEC) based on refractory metals are known to exist and HEC-HEA type cemented carbide systems may also be evaluated.
耐磨损的材料设计是一个可以提供重大工业福利的领域,包括在建筑,加工和制造业中的应用。尽管如此,耐磨材料创新,特别是与金属材料有关的耐磨材料,受到加工和原型制作中遇到的限制的限制,因此很少有新型材料能够与基于碳化通碳(WC)的组件竞争。但是,添加剂制造(AM)方法的快速增长和开发为新耐磨材料及其制造过程的整体设计提供了途径。使用AM可以修改以在非平衡状态下发生的处理,这些方法可用于将硬化阶段的形成定制为后期处理周期的后期,因此可以改善材料的加工性。因此,该项目的目的是使用基于AM的方法研究材料设计和加工材料设计的途径。该项目将着重于评估三类材料的潜在和加工性最初:高熵合金和高熵碳化物以及高熵胶结碳化物设计和高硬性钢的可能性。物质设计工作将集中于高熵合金和可硬化的钢。高熵合金提供了冶金研究的领域,在过去的几年中,冶金研究呈指数扩展,但很少有研究评估了高熵合金的耐磨性。在这项工作中,在进行进一步的AM加工和耐磨性测试之前,将对难治性金属高熵合金(HEAS)的几种组成(HEAS)进行评估。此外,将探索使用后AM加工热处理诱导大量碳化物形成的可能性。众所周知,在高温下长时间暴露后,有几种HEAS导致碳化物物种的降水。通过在有希望的系统中尝试C含量以及AM加工,可以显着改变碳化物形成的动力学,以诱导用工业可行的热处理持续时间诱导碳化物形成。此外,如果时间允许,已知存在基于难治金属的高硬度高熵碳化物(HEC),并且还可以评估HEC - 氢型粘质系统。

项目成果

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