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

Processo: 17/27031-4
Linha de fomento:Auxílio à Pesquisa - Apoio a Jovens Pesquisadores
Vigência: 01 de dezembro de 2018 - 30 de novembro de 2022
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia de Materiais e Metalúrgica - Metalurgia Física
Pesquisador responsável:Piter Gargarella
Beneficiário:Piter Gargarella
Instituição-sede: Centro de Ciências Exatas e de Tecnologia (CCET). Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR). São Carlos , SP, Brasil
Pesq. associados:Claudemiro Bolfarini ; Claudio Shyinti Kiminami ; Nelson Guedes de Alcântara
Auxílios(s) vinculado(s):19/03891-0 - Equipamento de manufatura aditiva de metais, AP.EMU
Bolsa(s) vinculada(s):21/11934-0 - Manufatura aditiva de liga Fe77Mo5P9C7.5B1.5 formadora de fase vítrea, BP.IC
21/10440-4 - COMPORTAMENTO AO DESGASTE DE LIGA Al-Fe-Cr-Ti PRODUZIDA POR MANUFATURA ADITIVA, BP.IC
20/09544-7 - Funcionalização da superfície do pó da liga de alumínio AA2017 para uso em Manufatura Aditiva, BP.DR
+ mais bolsas vinculadas 20/08145-1 - Atomização a gás da liga de alumínio 2017, BP.MS
20/09343-1 - Influência dos parâmetros de processo na manufatura aditiva do aço ferramenta A2, BP.DD
20/04418-3 - Suporte técnico no laboratório de atomização e revestimento do DEMa/UFSCar, BP.TT
20/04366-3 - Suporte técnico no Laboratório de Processamento de Materiais por LASER do DEMa/UFSCar, BP.TT
20/01426-5 - Influência dos parâmetros de processo na microestrutura e propriedades mecânicas de ligas de alumínio fabricadas por manufatura aditiva, BP.DD
20/01452-6 - Efeito de parâmetros de processo nas propriedades de pós de aço ferramenta A2 produzidos por atomização a gás, BP.MS
19/12705-5 - Caracterização de amostras da liga de alumínio 2017 produzidas por manufatura aditiva, BP.IC
19/12712-1 - Caracterização de amostras do aço A2 produzidas por manufatura aditiva, BP.IC - menos bolsas vinculadas
Assunto(s):Metais  Solidificação  Manufatura  Impressão tridimensional 

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)

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Publicações científicas (8)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
MARTINS FREITAS, BRENDA JULIET; DE OLIVEIRA, VINICIUS ANTONIO; GARGARELLA, PITER; KOGA, GUILHERME YUUKI; BOLFARINI, CLAUDEMIRO. Microstructural characterization and wear resistance of boride-reinforced steel coatings produced by Selective Laser Melting (SLM). SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY, v. 426, NOV 25 2021. Citações Web of Science: 0.
BATALHA, RODOLFO LISBOA; PINOTTI, VITOR EDUARDO; ALNOAIMY, OMAR O. S.; BATALHA, WEVERSON CAPUTE; GUSTMANN, TOBIAS; KOSIBA, KONRAD; PAULY, SIMON; BOLFARINI, CLAUDEMIRO; KIMINAMI, CLAUDIO SHYINTI; GARGARELLA, PITER. Microstructure and properties of TiB2-reinforced Ti-35Nb-7Zr-5Ta processed by laser-powder bed fusion. Journal of Materials Research, NOV 2021. Citações Web of Science: 0.
OLIVEIRA, ADRIEL P.; LIMA, LUIZ H. Q. R.; FELIPE, BIANCA C. A.; BOLFARINI, CLAUDEMIRO; COELHO, REGINALDO T.; GARGARELLA, PITER. Effect of microstructure and defect formation on the bending properties of additive manufactured H13 tool steel. JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T, v. 15, p. 3598-3609, NOV-DEC 2021. Citações Web of Science: 0.
DE ARAUJO, AYLANNA P. M.; PAULY, SIMON; BATALHA, RODOLFO L.; COURY, FRANCISCO G.; KIMINAMI, CLAUDIO S.; UHLENWINKEL, VOLKER; GARGARELLA, PITER. Additive manufacturing of a quasicrystal-forming Al95Fe2Cr2Ti1 alloy with remarkable high-temperature strength and ductility. ADDITIVE MANUFACTURING, v. 41, MAY 2021. Citações Web of Science: 0.
GERA, DENNIS; SANTOS, JONADABE; KIMINAMI, CLAUDIO S.; GARGARELLA, PITER. Comparison of Cu-Al-Ni-Mn-Zr shape memory alloy prepared by selective laser melting and conventional powder metallurgy. TRANSACTIONS OF NONFERROUS METALS SOCIETY OF CHINA, v. 30, n. 12, p. 3322-3332, DEC 2020. Citações Web of Science: 0.
BATALHA, RODOLFO LISBOA; BATALHA, WEVERSON CAPUTE; DENG, LIANG; GUSTMANN, TOBIAS; PAULY, SIMON; KIMINAMI, CLAUDIO SHYINTI; GARGARELLA, PITER. Processing a biocompatible Ti-35Nb-7Zr-5Ta alloy by selective laser melting. Journal of Materials Research, v. 35, n. 9, p. 1143-1153, MAY 14 2020. Citações Web of Science: 0.
BATALHA, RODOLFO LISBOA; PAULY, SIMON; KUHN, UTA; KOSIBA, KONRAD; BOLFARINI, C.; KIMINAMI, CLAUDIO SHYINTI; GARGARELLA, PITER. Oligocrystalline microstructure in an additively manufactured biocompatible Ti-Nb-Zr-Ta alloy. Materials Letters, v. 262, MAR 1 2020. Citações Web of Science: 0.
RICCARDO AUGUSTO MOREIRA MONTUORI; GUSTAVO FIGUEIRA; THIAGO PACAGNAN CATALDI; NELSON GUEDES DE ALCÂNTARA; CLAUDEMIRO BOLFARINI; REGINALDO TEIXEIRA COELHO; PITER GARGARELLA. Manufatura Aditiva de Aço Inoxidável 316L por Fusão Seletiva a Laser. Soldagem & Inspeção, v. 25, p. -, 2020.

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