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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Efeito dos ciclos térmicos da manufatura aditiva por soldagem a arco sobre a dureza e microestrutura da zac de um ferro fundido nodular
Alternate title (s): Effect of additive manufacturing thermal cycles by arc welding on the hardness and microstructure of zac of a nodular cast iron
Author: Ferraresi, Henrique Nardon
First Advisor: Scotti, Américo
First member of the Committee: Guesser, Wilson Luiz
Second member of the Committee: Reis, Ruham Pablo
Summary: No setor automotivo, moldes e matrizes para a conformação de chapas têm sido fabricados em ferro fundidos, substituindo economicamente o aço ferramenta, os quais apresentam maiores custos para usinagem. A alteração do design dessas matrizes, devido ao lançamento de novos produtos, implica na substituição prematura desses ferramentais. Além disso, a fabricação de uma matriz nova por fundição tem altos custos e longos prazos de entrega. Uma solução seria a fabricação de matrizes de ferro fundido de forma customizada, mas sem a necessidade de moldagem ou usinagem a partir de um bloco. A Manufatura Aditiva por Soldagem a Arco (MASA) com o processo GMAW (Gas Metal Arc Welding) é uma técnica promissora para este tipo de customização. A MASA consiste na fabricação de pré-formas metálicas a partir da deposição de multicamadas de cordões de solda sobre um substrato. Uns dos grandes desafios da MASA para a customização de moldes e matrizes de ferros fundido está relacionado com a formação de uma microestrutura de alta dureza na região da Zona Afetada pelo Calor (ZAC) e na Zona de Ligação (ZL) durante a soldagem. Estas regiões frágeis, aliadas às tensões de contração, podem levar à formação de trincas na aplicação da matriz. Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo determinar os efeitos do ciclo térmico da MASA-GMAW sobre a dureza da ZAC e ZL de um substrato de ferro fundido nodular, oriundos da aplicação de camadas de amanteigamento. Para atingir tal objetivo, realizou-se 5 camadas de amanteigamento de forma escalonada e adquiriu-se os respectivos ciclos térmicos de soldagens através da inserção de um termopar no substrato. Nesta etapa foi analisado sistematicamente as transformações microestruturais e de microdureza que ocorreram na ZAC e ZL da 1ª Camada devido às subsequentes camadas (2ª, 3ª, 4ª e 5ª). Com os ciclos térmicos de soldagens reais foi possível realizar simulações físicas através de um simulador de ZAC. Concluiu-se através das soldagens reais e das simulações que as subsequentes camadas de solda causam o revenimento da ZAC do ferro fundido. Avaliou-se também, através da simulação, a possibilidade de se controlar a microdureza e tipo de microestrutura final da ZAC através da temperatura de pré-aquecimento, de interpasse e de pós-aquecimento. Por fim, a validação do estudo se deu através da construção de uma matriz de dobramento em dimensões reduzidas e pela submissão da mesma a trabalho. Os resultados mostraram que o uso da MASA-GMAW para a customização de uma matriz de ferro fundido nodular é adequado e promissor.
Abstract: In the automotive sector, molds and dies for sheet forming have been manufactured in cast iron, economically replacing tool steel, which present higher costs for machining. The change in the design of these matrices, due to the launch of new products, implies the premature replacement of these tools. However, the manufacturing of a new matrix by casting has high costs and long lead times. One solution would be to manufacture cast iron molds in a custom way, but without the need for molding or machining from a block. The Arc Welding Additive Manufacturing (MASA) with the GMAW (Gas Metal Arc Welding) process is a promising technique for this type of customization. The MASA consists of the manufacture of metal preforms from the deposition of multilayer of weld beads on a substrate. One of the great challenges of MASA for casting molds and die cast irons is related to the formation of a high hardness microstructure in the region of the Heat Affected Zone (HAZ) and in the Partially-Melted Zone (PMZ) during welding. These fragile regions, together with the contraction tensions, can lead to the formation of cracks in the matrix application. In this sense, the present work has as objective to determine the effects of the thermal cycle of the MASA-GMAW on the hardness of HAZ and PMZ of a nodular cast iron substrate, from the application of buttery layers. To achieve this goal, 5 layers of buttery were staggered and the respective thermal welding cycles were acquired by inserting a thermocouple into the substrate. In this step, the microstructural and microhardness transformations that occurred in the HAZ and PMZ of the 1st Layer were analyzed systematically due to the subsequent layers (2nd, 3rd, 4th and 5th). With the actual welding thermal cycles it was possible to perform physical simulations through a HAZ simulator. It was concluded through the actual welding and the simulations that the subsequent layers of weld cause the ZAC tempering of the cast iron. Through the simulation, it was also possible to control the microhardness and the final microstructure type of the HAZ through the preheating, intercalation and post-heating temperature. Finally, the validation of the study occurred through the construction of a folded matrix in reduced dimensions and the submission of the same to work. The results showed that the use of MASA-GMAW for the customization of a nodular cast iron matrix is adequate and promising.
Keywords: Engenharia mecânica
Soldagem elétrica
Ferro fundido
Manufatura aditiva a arco
GMAW
Customização
Ferro fundido nodular
Arc additive manufacturing
Custom
Nodular cast iron
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::MATRIZES E FERRAMENTAS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: FERRARESI, Henrique Nardon. Efeito dos ciclos térmicos da manufatura aditiva por soldagem a arco sobre a dureza e microestrutura da zac de um ferro fundido nodular. 2018. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.987
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/24287
Date of defense: 28-Aug-2018
Appears in Collections:DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica

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