A Mecânica dos Sólidos

Instituto Federal Catarinense - IFC                                           [pic 1]

Aluno: Guilherme Pauli                  

Artigo: Study of the Effects of Hot Forging on the Additively Manufactured StainlessSteel Preforms

Autores: Catalin I. Pruncu , Christopher Hopper , Paul A. Hooper , Zinong Tan , Hongbin Zhu , Jianguo Lin , Jun Jiang,

Department of Mechanical Engineering, Imperial College London, Exhibition Road, SW7 2AZ, London, UK

CRRC Institute Co., Ltd, Beijing, China    

RESUMO:

A fabricação de peças para a indústria se trata de um processo muito caro e demorado, tendo em que muitos trabalhos severos na indústria requerem que os aços inoxidáveis tenham propriedades mecânicas necessárias. Para isso o material deve passar por 5 estágios da conformação, dentre eles: desequilíbrio da pré-forma, pré-formada de topo, pré-forma de rebentamento e forjamento final, sendo que cada estágio apresenta de 4 a 5 processos de conformação. Esses processos  de extrusão e forjamento normalmente na maioria dos casos são realizados sob altas tensões e temperaturas, garantindo bom desempenho mecânico, apesar de tornar o processo caro e lento.

A técnica de fabricação aditiva vem sendo aplicada em projeto e fabricação de geometrias complexas. São um tipo de prototipagem rápida sem a utilização de matrizes, a qual pode apresentar grãos grandes e de vazios, gerando uma menor resistência à fadiga. Para desenvolver peças com uma maior eficiência, busca-se a utilização de uma técnica híbrida a qual utiliza a fabricação aditiva  seguida pelo forjamento a quente. Dessa forma, reduzindo ou até eliminando problemas microestruturais de vazios ou de grãos grandes.        

No presente estudo, são  analisadas amostras de aço inoxidável 316L sob diferentes estratégias de manufatura, ou seja, apresentando  diferentes propriedades anisotrópicas para assim serem investigadas. O forjamento das amostras acontecerá variando as condições de tensão e temperatura. A análise para coleta dos resultados será realizada através de ensaios de tração e análises microestruturais.

        Foram fabricadas amostras sob formato de osso de cachorro através de uma máquina de fusão a laser em pó. As amostras foram fabricadas maiores para assim passarem pelo forjamento e usinagem para que assim as amostras estejam de acordo com o Padrão Britânico.

        As amostras passaram pelo processo de forja a quente, revestidas por imersão em um lubrificante à base de vidro para evitar oxidação, rápida transferência de calor e alto atrito entre a amostra e a matriz. As amostras foram divididas em 2 grupos, na primeira foi aplicada uma deformação plástica compressiva nominal de 5%, já na segunda 30%, cada grupo de amostras foi submetido a temperaturas de 900 °C e 1040 °C, para analisar os efeitos da temperatura no forjamento. As amostras foram reduzidas em espessura entre as bigornas, a espessura final das placas é resultante de uma taxa de deformação de 5 mm/s.

        Para realizar o estudo da microestrutura das amostras foram retiradas as abas resultantes do forjamento, e na sequência foram produzidas amostras com o intuito de analisar a seção transversal e longitudinal  das amostras forjadas. A construção das amostras foi feita através do embutimento com EpoFix, lixamento e  polimento. Por fim foi realizada as análises microestruturais como a varredura com canhão de elétrons e com um microscópio óptico para assim visualizar a dispersão da porosidade.

Os testes de tração foram realizados a temperatura ambiente a uma taxa de deformação de 0,5 mm/s . Para ter uma maior garantia dos resultados, cada tipo de processo passou por pelo menos três testes de tensão/deformação, por fim, foi realizada a média aritmética entre as 3 medidas realizadas para assim chegar-se  a um valor único.

O estudo resultou na melhora das propriedades mecânicas das amostras sob manufatura aditiva, por exemplo, a amostra submetida a deformação de 5% a 1040°C suportou como limite de tração 530 MPa e 17% de ductilidade, valores que antes não passavam de 450 MPa e 11%, respectivamente. Pode-se concluir que temperaturas mais altas e uma maior deformação plástica garantiu propriedades mecânicas ideais ao aço. Quando comparados aos dados de materiais clássicos apresentados, onde para um material recortado de 316 L apresenta a resistência ao escoamento de 235 MPa, as amostras apresentaram a resistência à tração de 560 MPa e o alongamento na ruptura de 55%, indicando  que ainda há potencial para melhorar ainda mais o ductilidade, aumentando a tensão de forjamento a quente.