Ajuste da composição do aço ferramenta ASTM D2 para uso em manufatura aditiva

• Processo: 25/01978-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Iniciação Científica
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2025
• Situação: Interrompido
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
• Pesquisador responsável: Piter Gargarella
• Beneficiário: Thiago Henrique Basaglia
• Instituição Sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
• Bolsa(s) vinculada(s): 25/24432-4 - Manufatura aditiva de um novo aço ferramenta de alto carbono, BE.EP.IC
• Assunto(s): Aço ferramenta Impressão tridimensional
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Aços ferramenta | desenvolvimento de liga | Manufatura Aditiva | trabalho a frio | Manufatura aditiva

Resumo

Os aços ferramenta são materiais projetados para formar e usinar outros materiais, sendo caracterizados por alta dureza e durabilidade em condições severas de serviço. Sua composição é baseada em ligas ricas em elementos formadores de carbonetos como os de cromo, molibdênio, tungstênio e vanádio, que aumentam a resistência ao desgaste. Os aços para trabalho a frio da série ASTM D, especialmente o D2, possuem alto teor de carbono e cromo, conferindo-lhes elevada dureza e resistência ao desgaste, tornando-os amplamente utilizados na fabricação de moldes para injeção de polímeros na indústria automotiva. No entanto, a manufatura aditiva (MA) desses materiais, especialmente pelo processo de Fusão em Leito de Pó a Laser (LPBF), apresenta desafios significativos devido à formação de trincas. O aço D2 exibe tendência à formação de trincas de solidificação (a quente) e trincas a frio, agravadas por tensões residuais geradas durante o resfriamento rápido e a transformação de austenita em martensita. Estratégias como o pré-aquecimento do substrato podem mitigar esses problemas, mas aumentam a complexidade e reduzem a produtividade do processo. Diante desse cenário, o presente estudo tem como objetivo adaptar a composição do aço ferramenta ASTM D2 para sua aplicação em MA, reduzindo sua suscetibilidade à formação de trincas. Para isso, serão realizados cálculos termodinâmicos para ajustar o intervalo de solidificação, a fração de líquido no final da solidificação, as fases formadas e a condutividade térmica do material. Com base nesses resultados, serão selecionadas composições candidatas que serão fundidas por arco elétrico e posteriormente refundidas a laser para simular as condições térmicas do processo LPBF. Isso possibilitará a avaliação prática das ligas candidatas, identificando aquelas com menor propensão à formação de trincas. As amostras refundidas serão caracterizadas por microscospia ótica e eletrônica de varredura, difração de raios X, e dureza Vickers. A integração dos resultados teóricos e experimentais permitirá determinar a composição mais adequada para aplicação.