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Manufatura aditiva por fusão seletiva a laser e deposição com energia direta de aço inoxidável 316L: efeito das variáveis de processo nas propriedades mecânicas

Processo: 19/01829-5
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de maio de 2019
Vigência (Término): 31 de março de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
Pesquisador responsável:Piter Gargarella
Beneficiário:Gustavo Figueira
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:16/11309-0 - Estudo, desenvolvimento e aplicação de processo híbrido: Manufatura Aditiva (Ma) + High Speed Machining/Grinding (HSM/G), AP.TEM
Assunto(s):Fusão seletiva a laser   Impressão tridimensional   Aço inoxidável   Propriedades mecânicas

Resumo

Processos de fabricação onde uma peça é construída camada por camada são chamados de processos de Manufatura Aditiva (MA). Dentre tais processos utilizados na fabricação de peças metálicas, podemos destacar os processos de fusão seletiva a laser (SLM) e Deposição com Energia Direta (DED). No caso do processo de SLM, um feixe de laser funde localmente regiões de uma camada de pó previamente depositada e no caso do método de DED, o pó é fundido também por feixe de laser durante vôo, sendo posteriormente depositado. Existem diversos parâmetros nesses processos, como características da matéria-prima utilizada, potência, velocidade e estratégia de varredura do feixe de laser, sobreposição das pistas e direção de construção da peça. Mudanças nesses diferentes parâmetros podem induzir mudanças microestruturais e modificar as propriedades da peça, principalmente as propriedades mecânicas que são sensivelmente afetadas pela forma como a peça é construída. Como exemplo, podemos citar que determinadas formas de estratégia de varredura do feixe e direção de construção favorecem uma anisotropia excessiva da peça, o que pode ser prejudicial as propriedades mecânicas. Intensidade de potência do laser e velocidade de varredura por outro lado controlam a taxa de resfriamento da peça. Altas taxas de resfriamento induzem elevadas tensões residuais acumuladas, que podem causar empenamento acentuado da peça. Esses exemplos mostram a importância de conhecer como os diferentes parâmetros de processo afetam as propriedades mecânicas da peça construída, principalmente considerando peças para aplicações críticas como palhetas de turbinas a gás e moldes e matrizes. Dentre os materiais mais estudados e aceitos para esses processos está o aço inoxidável 316L. Esse aço forma geralmente uma microestrutura dendrítica austenítica em processos de fabricação convencionais, porém uma microestrutura celular bifásica (austenita e ferrita) tem sido observada durante a fabricação por MA. O aço 316L é bastante utilizado em peças de fornos, trocadores de calor, peças de motores a jato, evaporadores, em equipamentos da indústria química, farmacêutica e naval. Embora esse aço já venha sendo utilizado em processos de MA, um estudo sistemático da influência dos diferentes parâmetros de processo nas suas propriedades mecânicas, principalmente na sua tenacidade a fratura, ainda precisa ser realizado. Frente a isso, o objetivo do presente projeto é realizar uma avaliação sistemática do impacto dos parâmetros de processo sobre as propriedades metalúrgicas e mecânicas de peças de aço 316L fabricadas por SLM e DED, comparando os resultados obtidos para esses dois diferentes processos. Peças serão fabricadas utilizando diferentes parâmetros de processo (potência, velocidade e estratégia de varredura do feixe de laser, sobreposição das pistas formadas e direção de construção da peça) e utilizando pó comercial, sendo esta análise de parâmetros projetada pelo método de design de experimentos. As amostras obtidas terão sua microestrutura detalhadamente caracterizada pelas técnicas de Difração de Raios-X (DRX), Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET), Difração de Elétrons Retroespalhados (EBSD) e análises químicas por Espectroscopia de Raios-X por Dispersão em Energia (EDS) e por técnicas de Química Analítica. As propriedades mecânicas a serem estudadas serão resistência a tração e tenacidade a fratura. Os resultados obtidos para as peças fabricadas por SLM e DED serão correlacionados e a influência dos diferentes parâmetros de processo nas propriedades mecânicas do aço 316 será compreendida. (AU)