Fabricação e caracterização de compósitos de matriz metálica vítrea a base de Fe produzidos por manufatura aditiva

Resumo

Processos de Manufatura Aditiva (MA) são processos de fabricação onde uma peça é construída camada por camada a partir de um desenho em três dimensões. Essa definição é amplamente aplicável a todas as classes de materiais incluindo metais, cerâmicas, polímeros, compósitos e sistemas biológicos. Dentre os processos utilizados na fabricação aditiva de peças metálicas, podemos destacar o processo de Fusão Seletiva a laser (SLM), técnica promissora com vantagens na fabricação de componentes metálicos com geometrias complexas e com melhor acabamento superficial quando comparado a outros métodos de MA aplicados a metais. As altas taxas de resfriamento envolvidas no processo possibilitam a obtenção de materiais com microestrutura "fora do equilíbrio" como os metais vítreos. Esses materiais possuem propriedades mecânicas e de corrosão superiores aos metais cristalinos convencionais, porém apresentam um comportamento frágil durante esforços trativos. A incorporação de fase cristalina na matriz vítrea, formando os chamados Compósitos de Matriz Metálica Vítrea (CMMV), permite um aumento da ductilidade do material sem diminuição significativa da sua resistência mecânica. Esses materiais são promissores em diversas aplicações como, por exemplo, sensores, medidores de fluxo, pequenas engrenagens e em revestimentos. As altas taxas de resfriamento necessárias para a manutenção da estrutura vítrea limitam o tamanho de peças de CMMV fabricadas por fundição para tamanhos da ordem de milímetros. O fato do processo de SLM envolver a construção de peças camada por camada, com aplicação de altas taxas de resfriamento, possibilita a construção de peças de metais vítreos de maior volume, como já foi demonstrado na literatura. Poucos trabalhos foram realizados sobre o emprego de técnicas de manufatura aditiva na fabricação de CMMV, que exibem propriedades mecânicas ainda mais interessantes que os metais puramente vítreos. Neste contexto, o presente projeto tem como objetivo a produção e caracterização de CMMV de ligas do sistema Fe-Ni-P-C produzidas por Fusão Seletiva a laser (SLM) e a correlação da microestrutura com as propriedades mecânicas das peças produzidas. Primeiramente as composições das ligas serão selecionadas utilizando cálculos da habilidade de formação vítrea de ligas desse sistema, bem como cálculos termodinâmicos das fases no equilíbrio. Com as composições definidas será então fabricado o pó destas ligas através do processo de atomização a gás, utilizando um equipamento disponível no DEMa/UFSCar e como matéria prima ferro-ligas e aço. Esses pós serão caracterizados por Difração de Raios X (DRX), Microscopia Ótica (MO), Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e de Transmissão (MET), análise química pela técnica de Espectroscopia de Raios X (EDX) e por técnicas de química analítica e Calorimetria Diferencial de Varredura (DSC). Esses pós serão utilizados na fabricação de peças por SLM utilizando equipamento também disponível no DEMa/UFSCar. Devido as especificidades de cada liga, principalmente para aquelas nunca processadas por MA, será necessária uma primeira etapa de otimização do processo de SLM para obtenção de amostras com qualidade adequada, onde será investigada e identificada a melhor combinação de parâmetros para produção de peças densas e livres de defeitos que comprometam as propriedades das peças. As amostras produzidas serão então caracterizadas através das técnicas de DRX, MO, MEV, MET, EDS e DSC. Para a caracterização mecânica, serão realizados ensaios de tração, dureza e tenacidade a fratura em corpos de prova construídos com diferentes direções de construção (0°, 45° e 90° com relação ao eixo de tração). (AU)