Reciclagem de sucata de usinagem de aço inoxidável austenítico visando uso em manufatura aditiva

dc.contributor.advisor1Gargarella, Piter
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4641435644243916
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4445-5819
dc.contributor.authorShimoda, Rafael Daiki
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/2566785259765058
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0009-0004-1103-6284
dc.contributor.refereeKiminami, Claudio Shyinti
dc.contributor.refereeSalustre, Mariane Gonçalves de Miranda
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/5443002033733395
dc.contributor.refereeLatteshttp://lattes.cnpq.br/2990952954091659
dc.contributor.refereeorcidhttps://orcid.org/0000-0001-8231-7316
dc.date.accessioned2026-04-10T14:07:21Z
dc.date.issued2026-03-30
dc.description.abstractMetals are widely used as raw materials in the manufacturing of industrial components. However, the exploration of mineral reserves, as well as extraction and beneficiation processes, require high energy consumption and often occur in environmentally sensitive regions. In this scenario, the circular economy emerges as a strategic alternative to reduce dependence on primary resources and minimize the energy impacts associated with metal production. Nevertheless, the feasibility of reuse depends on obtaining recycled materials with properties equivalent to those of the original raw material. In this work, the reuse of stainless steel chips, predominantly from the 316L alloy, was investigated as a raw material for powder production via gas atomization, followed by its application in additive manufacturing through Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Initially, a systematic study was conducted on cleaning the chips, emphasizing the removal of organic contaminants, evaluating methods such as water washing, the use of an aqueous solution containing a commercial surfactant, and/or controlled heating. After defining the optimized cleaning method, the chips were cleaned and remelted to produce ingots, which were then gas-atomized. The resulting powders were sieved, resulting in predominantly spherical particles in the 20–75 µm size range, suitable for the LPBF process. Samples were then produced by LPBF and characterized regarding microstructure, phase formation, and mechanical properties. The results indicated that the most efficient cleaning method, evidenced by the greatest mass variation, was the combination of washing with an anionic surfactant solution (volume ratio of 0.005) and heating at 300 °C, as shown by the mass variation analyses. Heating without washing, although with a similar mass variation, performed similarly but caused color changes in the chips, suggesting possible carbon incorporation on the surface. The powders obtained were sieved, resulting in predominantly spherical particles in the 20–75 µm range with good flowability, suitable for LPBF processing. The powder produced from recycled material exhibited adequate flowability and morphology for LPBF processing. However, microstructural analysis of the samples manufactured by LPBF revealed the presence of cracks along grain boundaries, associated with solidification cracks, which mainly occurred due to the high carbon content in this material.eng
dc.description.resumoOs metais são amplamente utilizados como matérias-primas na fabricação de componentes industriais. No entanto, a exploração de reservas minerais, bem como os processos de extração e beneficiamento, demanda elevado consumo de energia e frequentemente ocorrem em regiões ambientalmente sensíveis. Nesse cenário, a economia circular desponta como uma alternativa estratégica para reduzir a dependência de recursos primários e minimizar os impactos energéticos associados à produção metálica. Todavia, a viabilidade do reúso depende da obtenção de materiais reciclados com propriedades equivalentes às da matéria-prima original. Neste trabalho, investigou-se o reaproveitamento de cavacos de aço inoxidável austenítico, majoritariamente da liga 316L, como matéria-prima para a produção de pó metálico por atomização a gás, seguido de sua aplicação em manufatura aditiva por Fusão em Leito de Pó a Laser (LPBF). Inicialmente, foi conduzido um estudo sistemático sobre a limpeza dos cavacos, com ênfase na remoção de contaminantes orgânicos, avaliando-se métodos de lavagem com água, o uso de solução aquosa contendo surfactante comercial e/ou o aquecimento controlado. Após a definição do método otimizado de limpeza, os cavacos foram limpos e refundidos para obtenção de lingotes, posteriormente atomizados a gás. E os pós obtidos foram peneirados, resultando em partículas predominantemente esféricas na faixa granulométrica de 20–75 µm, adequada ao processo de LPBF. Amostras foram então produzidas por LPBF e caracterizadas quanto à microestrutura, à formação de fases e às propriedades mecânicas. Os resultados indicaram que o método mais eficiente de limpeza, evidenciado pela maior variação de massa, consistiu na combinação de lavagem com solução de surfactante aniônico (razão volumétrica de 0,005) e aquecimento a 300 °C, conforme evidenciado pelas análises de variação de massa. O aquecimento sem lavagem, embora com variação de massa similar, isolado apresentou desempenho próximo, porém promoveu causou alterações na coloração dos cavacos, sugerindo possível incorporação de carbono na à superfície. Os pós obtidos foram peneirados, resultando em partículas predominantemente esféricas na faixa de 20–75 µm e com boa fluidez, adequadas ao processo LPBF. O pó obtido a partir do material reciclado apresentou fluidez e morfologia adequadas para o processamento por LPBF. Entretanto, a análise microestrutural das amostras fabricadas por LPBF revelou a presença de trincas ao longo dos contornos de grão, associadas a trincas de solidificação, que ocorreram principalmente devido ao elevado teor de carbono nesse material.
dc.description.sponsorshipOutra
dc.description.sponsorshipIdProEx nº 040910/2023-68 - Uso de Sucata de Usinagem de Aço Inoxidável na Produção de Pó Metálico para Aplicação em Manufatura aditiva
dc.identifier.citationSHIMODA, Rafael Daiki. Reciclagem de sucata de usinagem de aço inoxidável austenítico visando uso em manufatura aditiva. 2026. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2026. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23913.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/23913
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectAço inoxidável austenítico
dc.subject316L
dc.subjectDescontaminação
dc.subjectReciclagem
dc.subjectSustentabilidade
dc.subjectAtomização a gás
dc.subjectManufatura aditiva
dc.subjectAustenitic stainless steel
dc.subjectDecontaminationeng
dc.subjectRecyclabilityeng
dc.subjectSustainabilityeng
dc.subjectGas atomizationeng
dc.subjectAdditive manufacturingeng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA DE TRANSFORMACAO
dc.subject.ods9. Indústria, Inovação e Infraestrutura
dc.subject.ods12. Consumo e Produção Responsáveis
dc.subject.ods13. Ação contra a Mudança Global do Clima
dc.titleReciclagem de sucata de usinagem de aço inoxidável austenítico visando uso em manufatura aditiva
dc.title.alternativeRecycling of austenitic stainless steel machining scrap for application in additive manufacturingeng
dc.typeDissertação

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