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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32920
ORCID: | http://orcid.org/0000-0003-1687-2252 |
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Embargo Date: | 2023-09-29 |
Title: | Manufatura aditiva por deposição a arco de paredes finas de aço inoxidável super duplex com resfriamento ativo por quase-imersão |
Alternate title (s): | Wire arc additive manufacturing of super duplex stainless steel thin walls with near-immersion active cooling |
Author: | Scotti, Fernando Matos |
First Advisor: | Reis, Ruham Pablo |
First member of the Committee: | Vilarinho, Louriel Oliveira |
Second member of the Committee: | Oliveira, Ana Sofia Clímaco Monteiro de |
Third member of the Committee: | Silva, Leandro João da |
Summary: | Entre os processos aplicáveis à manufatura aditiva de metais a manufatura aditiva por deposição a arco (MADA), que utiliza dos processos tradicionalmente empregados na soldagem, se destaca pelo menor custo e pelas altas taxas de deposição atingidas. A fabricação dos aços inoxidáveis super duplex (AISD) por MADA deve visar a deposição de peças com geometria adequada, livre de defeitos, além de garantir o balanço adequado das fases (ferrita e austenita) e a minimizar a formação de fases deletérias. Dada a importância do controle das taxas de resfriamento em MADA, diferentes técnicas de gerenciamento térmico têm sido estudadas no sentido de mitigar problemas relacionados ao acúmulo de calor, resultante da energia imposta pelo processo de deposição. Assim, este trabalho tem como objetivo avaliar a utilização do resfriamento ativo por quase-imersão (RAQI) na deposição de paredes finas de AISD sob as perspectivas de geometria, microestrutura e tempo de deposição dessas pré- formas. Ao longo do trabalho foram explorados os modos operacionais CMT e Pulsado, variantes do processo GMA, com diferentes velocidades de deposição. Em um primeiro momento foram identificados indícios de maior tendência à formação de poros quando uma mistura Ar + 2% CO2 foi utilizada, diferentemente de deposições com Ar + 25% He nas quais não foram encontrados indícios de porosidade. Quanto às condições de resfriamento, identificou-se que é possível atingir níveis aceitáveis de ferrita e austenita quando se utiliza resfriamento natural (RN) com tempos de espera entre as camadas tais que a temperatura atinja 100° C. Ao utilizar um tempo de espera curto com RN, o acúmulo de calor acarretou um aumento progressivo da largura, balanço inadequado de fases e indícios da presença de fase sigma. Comparando com as condições RN, a utilização da técnica RAQI permitiu a fabricação de paredes sem indícios de defeitos, com níveis aceitáveis de ferrita e austenita e com temposiv de espera até 89% curtos. Para uma mesma velocidade de alimentação, ao se utilizar uma velocidade de deposição duas vezes maior no Pulsado em relação ao CMT, atingiram-se larguras próximas. Comparadas essas condições, identificou-se melhor acabamento superficial com Pulsado. No entanto, foram necessárias o dobro de camadas neste modo para atingir uma mesma altura de parede, acarretando em tempos consideravelmente mais longos de deposição. Também foram identificados indícios de que a perda de nitrogênio ocorre de forma mais acentuada no modo Pulsado, resultando em teores de ferrita maiores que o esperado, mas ainda dentro dos limites. Com exceção das condições em que houve acúmulo de calor (RN com tempos de espera curtos), a austenita secundária intragranular (γ2), considerada também uma fase deletéria, apesar de menos crítica que a sigma, foi comumente observada. De modo geral, a aplicação da técnica RAQI se mostra promissora na deposição de paredes finas de AISD, com o potencial de reduzir drasticamente o tempo de deposição, sem acarretar prejuízos em termos de descontinuidades ou problemas metalúrgicos. |
Abstract: | Within the processes used for additive manufacturing of metals, Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM), which employs processes traditionally applied for welding, stands out due to the lower costs and higher deposition rates achieved. Strategies to manufacture super duplex stainless steels (SDSS) parts through WAAM should focus on guaranteeing a deposit with proper geometry, free from defects, proper phase balance (ferrite and austenite) and minimize the occurrence of deleterious phases. Given the importance of controlling cooling rates in WAAM, different thermal management methods have been studied aiming at mitigating problems related to heat accumulation, resultant from the energy input throughout the deposition process. Thus, this work aims at assessing the use of Near-Immersion Active Cooling (NIAC) in the deposition of SDSS thin walls in terms of geometry, microstructure and deposition time. The operational modes CMT and Pulsed GMA were explored throughout the work, with different travel speeds. During the first step clues that a higher tendency to form porosity was caused by the shielding gas composition Ar + 2 % CO2. This was confirmed by the fact that when Ar + 25% He was applied no indication of porosity was found in the walls. In terms of cooling conditions, it was found that it is possible to achieve acceptable fractions of austenite and ferrite with natural cooling (NC) with dwell times long enough so the wall reached 100 °C. With short dwell times and NC, heat accumulation resulted in a progressive increase in width, unacceptable phase balance and indications of sigma phase presence. By using NIAC it was possible to manufacture walls with no indications of defects, acceptable phase balance and dwell times up to 89% shorter, compared to the NC condition. For a same wire feed speed, when a travel speed two times higher was employed in relation to CMT, similar widths were achieved. Comparing these two conditions, Pulsed mode resulted in better surface finish. However, to reach the same wall height, the number of layers was twice greater with Pulsed mode. Clues were found that a more pronounced nitogren loss occurs during the deposition onvi Pulsed mode, resulting in ferrite contents higher than expected, but still within the limits. Except in the conditions where heat accumulation occurred (NC with short times), secondary austenite (γ2), which is considered also a deleterious phase although less critic than sigma, was commonly observed. In general, the use of NIAC in WAAM of SDSS thin walls showed itself promising with the potential of reducing the overall deposition time significantly, without causing defects or metallurgical problems. |
Keywords: | MADA Resfriamento Ativo RAQI Gerenciamento térmico Aços Inoxidáveis Super Duplex WAAM Active cooling NIAC Thermal management Super Duplex Stainless Steels |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA |
Subject: | Engenharia mecânica Aço inoxidável Metais - Efeito da temperatura |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
Quote: | SCOTTI, Fernando Matos. Manufatura aditiva por deposição a arco de paredes finas de aço inoxidável super duplex com resfriamento ativo por quase-imersão. 2021. 125 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.471. |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2021.471 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/32920 |
Date of defense: | 17-Sep-2021 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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