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ORCID:  http://orcid.org/0000-0002-3197-3249
Tipo de documento: Tese
Tipo de acceso: Acesso Aberto
Título: Desempenho mecânico de ligas de aço-carbono fabricadas por Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA)
Título (s) alternativo (s): Mechanical Properties of Carbon Steel Alloys Manufactured by Wire Arc Additive Manufacturing (WAAM)
Autor: Benedetti Filho, Edmundo
Primer orientador: Vilarinho, Louriel Oliveira
Primer miembro de la banca: Labiapari, Wilian da Silva
Segundo miembro de la banca: Finzi Neto, Roberto Mendes
Tercer miembro de la banca: Mazzaferro, Jose Antonio Esmerio
Cuarto miembro de la banca: Silva, Rosemar Batista da
Resumen: Num contexto de acelerada evolução tecnológica em termos de fabricação sustentável de componentes mecânicos e estruturais, tem se destacado o processo de Manufatura Aditiva por Deposição à Arco (MADA), que, astuciosamente se aproveitando de processos originalmente concebidos para a união (soldagem) de peças e partes, tão amplamente conhecidos e consolidados, se configura como uma disruptiva técnica de manufatura aditiva que, juntamente com outros pilares, edificam a possível e provável “nova era” da indústria: a quarta revolução industrial, a Indústria 4.0. Contudo, como todo processo de inovação, há desafios e incertezas inerentes, para os quais devem existir respostas rápidas e assertivas que garantam a tão almejada consolidação como opção alternativa aos processos de fabricação convencionais, que têm se mostrado ineficientes e ambientalmente insustentáveis em um cenário de crise climática que requer ampla atenção da comunidade científica, bem como, das grandes corporações. Em sendo, portanto, um processo em desenvolvimento baseado na tecnologia, equipamentos e consumíveis utilizados em soldagem, é importante conhecer e entender como se comportam, especialmente os consumíveis, especificamente os metais de adição, sob condições de MADA. Desta feita, o objetivo do presente trabalho como forma é elucidar questões práticas de aplicação dessa tecnologia, por meio da deposição de pré-formas de geometria simples (paredes) de, aproximadamente, 300 mm de comprimento por 220 mm de altura por 18 mm de largura, utilizando como metais de adição os arames-eletrodos das classes ER70S-3, ER70S-6, G4Si1, ER80S-G, ER80S-B2 e ER110S-1, de 1,20 mm de diâmetro nominal, para que fossem levantadas, avaliadas e analisadas as propriedades mecânicas de tais materiais quando aplicados na construção de componentes via MADA. Em adição, buscou-se estabelecer uma metodologia que permitisse a comparação do desempenho mecânico destes materiais em relação ao que se tem de dados disponíveis sobre suas respectivas, e bem conhecidas, aplicações em soldagem, bem como a comparação entre eles, em termos de resistência à tração, ao impacto e à fadiga, tendo sido levantados e analisados dados a respeito da integridade estrutural, dureza e metalurgia dos materiais resultantes da deposição por MADA. De modo geral, a avaliação é de que estes materiais apresentaram comportamento consideravelmente dúctil, superando os requisitos de deformação estabelecidos pelas respectivas normas de fabricação, acompanhado de queda na tensão de escoamento e limite de resistência, tendo, além disso, demonstrado baixo ou inexistente grau de anisotropia. Em concordância, notou-se elevada resistência ao impacto, mostrando alta capacidade de absorção de energia à temperatura de -50 °C. Somado a isso, tem-se que os valores de dureza superam por demais aqueles encontrados quando ensaiados aços estruturais de composição química similar fabricados por meios convencionais, apresentando aspectos metalúrgicos que, ainda que complexos, demonstraram boa homogeneidade, sem a presença de fases deletérias e/ou indesejáveis, mesmo sob condições termodinâmicas críticas (intensos e sucessivos ciclos térmicos). Por fim, o material ER110S-1 apresentou resultados surpreendentes nos ensaios de fadiga, havendo comparação possível apenas com aços de matriz predominantemente austeníticas.
Abstract: In a context of accelerated technological evolution in terms of sustainable manufacturing of mechanical and structural components, the process of Additive Manufacturing by Arc Deposition (AMAD) has stood out, which, cunningly taking advantage of processes originally designed for joining (welding) and parts, so widely known and consolidated, it is configured as a disruptive additive manufacturing technique that, together with other pillars, builds the possible and probable “new era” of the industry: the fourth industrial revolution, the Industry 4.0. However, like any innovation process, there are inherent challenges and uncertainties, for which there must be quick and assertive responses that guarantee the much-desired consolidation as an alternative option to conventional manufacturing processes, which have proven to be inefficient and environmentally unsustainable in a scenario of climate crisis that requires broad attention from the scientific community, as well as large corporations. Therefore, as it is a developing process based on technology, equipment and consumables used in welding, it is important to know and understand how they behave, especially consumables, specifically filler metals, under AMAD conditions. For that reason, the objective of the present work as a form is to elucidate practical issues regarding the application of this technology, through the deposition of preforms of simple geometry (walls) of approximately 300 mm in length by 220 mm in height by 18 mm in width, using as filler metals the electrode wires of classes ER70S-3, ER70S-6, G4Si1, ER80S-G, ER80S-B2 and ER110S-1, with 1.20 mm nominal diameter, so that they could be evaluated and analyzed the mechanical properties of such materials when applied in the construction of components via AMAD. In addition, we sought to establish a methodology that would allow the comparison of the mechanical performance of these materials in relation to available data on their respective, well-known, welding applications, as well as the comparison between them, in terms of resistance to traction, impact and fatigue, with data regarding the structural integrity, hardness and metallurgy of the materials resulting from AMAD deposition being collected and analyzed. In general, the assessment is that these materials showed considerably ductile behavior, exceeding the deformation requirements established by the respective manufacturing standards, accompanied by a drop in yield stress and resistance limit, having, in addition, demonstrated a low or non-existent degree of anisotropy. In agreement, high impact resistance was noted, showing high energy absorption capacity, even at very low temperatures (-50 °C). Added to this, the hardness values far exceed those found when testing structural steels of similar chemical composition manufactured by conventional means, presenting metallurgical aspects that, although complex, demonstrated good homogeneity, without the presence of deleterious phases and /or undesirable, even under critical thermodynamic conditions (intense and successive thermal cycles). Finally, the ER110S-1 material showed surprising results in fatigue tests, with comparison only possible with steels with predominantly austenitic structure.
Palabras clave: MADA
Manufatura Aditiva por Deposição a Arco
Propriedades mecânicas
RAQI
Resfriamento ativo por quase-imersão
Gerenciamento térmico
Indústria 4.0
AMAD
Additive Manufacturing by Arc Deposition
Mechanical properties
NIAC
Thermal management
Industry 4.0
Área (s) del CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::PROCESSOS DE FABRICACAO::PROCESSOS DE FABRICACAO, SELECAO ECONOMICA
Tema: Engenharia mecânica
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Cita: BENEDETTI FILHO, Edmundo. Desempenho mecânico de ligas de aço-carbono fabricadas por Manufatura Aditiva por Deposição a Arco (MADA). 2024. 138 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.384.
Identificador del documento: http://doi.org/10.14393/ufu.te.2024.384
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/42022
Fecha de defensa: 27-feb-2024
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação.
ODS::ODS 12. Consumo e produção responsáveis - Assegurar padrões de produção e de consumo sustentáveis.
Aparece en las colecciones:TESE - Engenharia Mecânica

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