Fusão em leito de pó a laser de aço ferramenta A2: efeito de parâmetros de processo, tratamentos térmicos e adição de Cr₃C₂

dc.contributor.advisor1Gargarella, Piter
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4641435644243916
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-4445-5819
dc.contributor.authorBianchini, Bruno
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8443988120967281
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-5542-587X
dc.date.accessioned2025-06-02T18:21:43Z
dc.date.issued2025-03-31
dc.description.abstractTool steels have strict requirements for composition, processing and mechanical properties, and are utilized in fabrication of molds or tools employed in the processing of other materials. In many cases, they are expensive and of difficult machinability, which opens up the possibility for alternative processing routes such as additive manufacturing (AM) by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF), which allows fabrication of parts with complex sections, such as internal cooling channels, without additional processing cost and with minimal need for post-processing, due to its great dimensional accuracy. However, the severe conditions to which the L-PBF process submits materials induce the formation of a highly refined microstructure, and possibly defects. This work studies the possibility of manufacturing AISI A2 tool steel by L-PBF, considering the effect of process parameters and post-processing in its microstructure and properties, and the modification of this material for defect mitigation. Results showed that, despite it being possible to determine a processing window for minimal porosity, the material composition and the severe processing conditions cause the formation of cracks, mostly during solidification. The as-built microstructure is, similarly to other tool steels manufactured by L-PBF, composed of martensite cells surrounded by retained austenite, while the formation of primary carbides is suppressed. After heat treatment, the formation of secondary carbides was found to be also in low quantity, showing that temperings without prior austenitization would need higher temperatures or longer times to cause significant effects on the microstructure and mechanical properties. Finally, it was discovered that the addition of Cr3C2 chromium carbide by mechanical mixture, at a fraction of 5%, was capable of mitigating defect formation by altering the alloy composition, when manufactured by L-PBF.eng
dc.description.resumoAços ferramenta possuem requisitos estritos de composição, processamento e propriedades mecânicas, sendo utilizados na fabricação de moldes ou ferramentas empregadas no processamento de outros materiais. Em muitos casos, são materiais caros e de difícil usinabilidade, o que abre possibilidade para rotas alternativas de fabricação como a manufatura aditiva (MA) por Fusão em Leito de Pó a Laser (PBF-LB/M), que permite fabricar peças com regiões complexas como canais de refrigeração internos, sem custo adicional de processo e com mínima necessidade de pós-processamento, devido à sua boa acurácia dimensional. Todavia, as condições severas a que o processo PBF-LB/M submete os materiais induzem a formação de uma microestrutura altamente refinada e possivelmente de defeitos. O presente trabalho estuda a possibilidade de fabricação do aço ferramenta AISI A2 por PBF-LB/M, considerando o efeito de parâmetros de processo e de pós processamento na sua microestrutura e nas suas propriedades, e a modificação do material para mitigação de defeitos. Os resultados mostraram que, apesar de ser possível encontrar uma janela de processamento para mínima porosidade, a composição do material e as condições severas de processamento causam a incidência de trincas, em sua maioria de solidificação. A microestrutura, por sua vez, se assimila à de outros aços ferramenta fabricados por PBF-LB/M, sendo composta de células de martensita envoltas de austenita, sendo a formação de carbetos primários suprimida. Após tratamento térmico de revenimento, a formação de carbetos secundários também se mostrou em baixa quantidade, evidenciando que revenimentos sem austenitização prévia precisam de temperaturas e tempos mais altos para causar efeitos significativos na microestrutura e na resistência mecânica do material. Por fim, foi descoberto que a adição de carbeto de cromo Cr3C2 por mistura de pós, a uma fração de 5%, foi capaz de mitigar a formação de defeitos ao alterar a composição da liga quando fabricada por PBF-LB/M.
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 2020/09343-1, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipIdProcesso nº 2022/06310-0, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.identifier.citationBIANCHINI, Bruno. Fusão em leito de pó a laser de aço ferramenta A2: efeito de parâmetros de processo, tratamentos térmicos e adição de Cr₃C₂. 2025. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22159.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22159
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.subjectManufatura aditiva
dc.subjectFusão em Leito de Pó a Laser de Metais
dc.subjectAços ferramenta
dc.subjectAISI A2
dc.subjectAdditive manufacturingeng
dc.subjectLaser Powder Bed Fusioneng
dc.subjectTool steelseng
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA
dc.titleFusão em leito de pó a laser de aço ferramenta A2: efeito de parâmetros de processo, tratamentos térmicos e adição de Cr₃C₂
dc.title.alternativeLaser powder bed fusion of A2 tool steel: effect of process parameters, heat treatments and addition of Cr₃C₂eng
dc.typeTese

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