Influência de parâmetros de processo nas características metalúrgicas de peças fabricadas por manufatura aditiva

Resumo

Processos de fabricação onde uma peça é construída camada por camada são chamados de processos de Manufatura Aditiva (MA). A indústria que se utiliza desses processos tem sofrido um grande desenvolvimento nos últimos anos devido principalmente ao surgimento de novas tecnologias de MA com custos competitivos. A possibilidade de produção de peças near net shape, customizadas e com formatos complexos (muitas vezes impossíveis de serem feitas por outros métodos) permite uma grande flexibilidade e liberdade no projeto de produtos. Produtos fabricados por MA já são realidade nas indústrias aeronáuticas, automobilística, biomédica, entre outras. Para desenvolver todo o potencial da MA de produtos metálicos será necessário o desenvolvimento de ligas específicas para esse tipo de processo, como foi feito no passado para as indústrias de fundição e de conformação mecânica, de modo a ajustar o modo de solidificação das ligas às características térmicas do processo. Vários desafios ainda existem como questões relacionadas ao surgimento de defeitos macro- ou micrométricos durante a construção da peça, redução das tensões residuais geradas, controle de composição durante o processo de fusão, aparecimento de textura e trincas de solidificação, heterogeneidades microestruturais, entre outros. A maioria desses defeitos surge porque são utilizadas ligas desenvolvidas para os processos convencionais de fabricação. Atualmente somente algumas ligas como AlSi10Mg, TiAl6V4, CoCr e Inconel 718 podem ser utilizadas em aplicações estruturais críticas que exigem elevada resistência mecânica combinada com elevada resistência a fadiga e tenacidade a fratura. A grande maioria das mais de 5500 ligas disponíveis hoje não pode ser utilizada em aplicações desse tipo devido principalmente à dinâmica dos processos de fusão e solidificação que causa a formação de uma microestrutura com grãos colunares grandes e trincas (hot tears) periodicamente dispersas no material. Frente a isso, o presente projeto visa investigar como os principais parâmetros de processo influenciam as características metalúrgicas de peças fabricadas por MA, visando entender sobretudo como esses parâmetros afetam a solidificação da peça e o fluxo de calor durante o processo. Duas ligas com características bastante diferentes foram escolhidas para este estudo: aço ferramenta AISI A2 e liga de alumínio 2017. Serão obtidos pós dessas ligas por atomização a gás para serem utilizados na produção de peças pelos processos de manufatura aditiva Fusão de Camada de Pó (Powder Bed Fusion, PBF) e Deposição com Energia Direta (Directed Energy Deposition, DED). Será investigado a influência dos parâmetros velocidade de varredura, potência, sobreposição de pistas (hatching), estratégia de varredura e características do pó (com e sem adição de partículas nucleantes) nas características metalúrgicas das peças produzidas por PBF e DED. As amostras fabricadas serão caracterizadas por Difração de Raios X (DRX), Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC), Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Transmissão (MET), Tomografia de raios X, análise química, ensaio de tração, dureza, fadiga e tenacidade a fratura. Os resultados obtidos serão comparados e correlacionados com simulações da formação de fases durante a solidificação através do software THERMOCALC e com modelamento numérico do fluxo de calor. Os parâmetros de processo serão correlacionados com a microestrutura, formação de fases e propriedades das peças fabricadas por PBF e DED. (AU)