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Dissertação de Mestrado
DOI
https://doi.org/10.11606/D.3.2020.tde-21042020-100214
Documento
Autor
Nome completo
Jhoan Sebastian Guzmán Hernández
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Martorano, Marcelo de Aquino (Presidente)
Gargarella, Piter
Zilnyk, Kahl Dick
Título em português
Análises microestruturais e mecânica da liga Ti-53%Nb produzida por fusão seletiva a laser usando pós esféricos e irregulares.
Palavras-chave em português
Estrutura celular
Fusão seletiva a laser
Hidrogenação e desidrogenação
Ligas binárias
Ligas metálicas
Poça de fusão
Ti-53%Nb
Resumo em português
A fusão seletiva a laser (FSL) é uma tecnologia de manufatura aditiva (MA) que oferece vários benefícios na fabricação de materiais. Esta abordagem pode criar peças complexas e customizadas em uma rápida e precisa maneira depositando pó na forma de repetidas camadas que vão ser seletivamente fundidas. Na FSL o uso de pó de forma esférica é preferido sobre o pó de forma irregular devido a suas propriedades de alta densidade aparente e alta escoabilidade que propiciam a fabricação de peças com alta densidade. No entanto, o alto custo do pó esférico tem aumentado o interesse da produção de pós mais econômicos para ser usados como opção na fabricação de materiais por FSL. Neste trabalho, foram manufaturadas peças da liga Ti-53%Nb por FSL a partir de pó de forma irregular fabricado por hidrogenação e desidrogenação (HDH) e pó de forma esférica atomizado a plasma (AP) usando diferentes variáveis de processamento. O objetivo do trabalho foi analisar as diferenças microestruturais e mecânicas entre os dois tipos de amostras manufaturadas. Para isso, foram usadas diferentes técnicas de caracterização como microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia de raios X por dispersão de energia (EDX) e difração de raios X (DRX). Ademais, medições de densidade, microdureza e medições de oxigênio, nitrogênio e hidrogênio por fusão em atmosfera de gás inerte foram realizados. Foram obtidas amostras por FSL com alta qualidade usando potências e velocidades de varredura entre 300-400 W e 800-1000 mm/s usando pó HDH e entre 200-300 W e 1000-1200 mm/s usando pó AP. A microestrutura é formada de poças de fusão de diferentes dimensões com segregação de titânio nas paredes da estrutura celular-dendrítica em uma matriz de fase ? de estrutura cristalina cúbica de corpo centrada (CCC). A dureza das amostras AP variou desde 173 até 224 HV0,2, enquanto que a dureza das amostras HDH foi influenciada pelo alto conteúdo de oxigênio e nitrogênio. Este trabalho é um dos resultados do projeto "Prótese", formado pela parceria entre o Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), a Companhia Brasileira deMetalurgia e Mineração (CBMM) e a Associação de Assistência à Criança Deficiente (AACD) para a produção de próteses ortopédicas customizadas usando ligas de titânio-nióbio (Ti-Nb) e titânio-nióbio-zircônio (Ti-Nb-Zr) por fusão seletiva a laser. O investimento de R$ 8,2 milhões, é dividido entre a CBMM (R$ 2,69 milhões), o governo do Estado de São Paulo (R$ 1,6 milhão), a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) (R$ 1,8 milhão), no âmbito do Programa de Apoio à Pesquisa em Parceria para Inovação Tecnológica (PITE), e a Empresa Brasileira de Pesquisa e Inovação Industrial (EMBRAPII) (R$ 2,17 milhões).
Título em inglês
Microstructural and mechanical analyses of Ti-53%Nb alloy manufactured by selective laser melting using spherical and irregular powders.
Palavras-chave em inglês
Cellular structure
Hydride-dehydride
Melt pool
Selective laser melting
Ti53%Nb
Resumo em inglês
Selective laser melting (SLM) is a technology of additive manufacturing (AM) that offers several benefits to the fabrication of materials. This approach can create complex and customized parts in a rapid and precise way depositing powder in the form of repetitive layers that are selectively molten. In SLM the use of spherical shaped powder is preferred over the irregular shaped powder due to its properties of high apparent density and high flowability that enables the manufacturing of parts with high density. However, the high cost of spherical shaped powder has increased the interest in the production of cheaper powders to be used as an option in the manufacturing of materials by SLM. In this work, samples of Ti-53%Nb alloy from irregular shaped powder fabricated by hydride-dehydride (HDH) process and from spherical shaped powder fabricated by plasma atomization (PA) process were manufactured by SLM using different processing variables. The aim of this work was to analyze the microstructural and mechanic differences between both kind of samples. To do that, different characterization techniques as optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and X-ray diffraction were used. Moreover, density measurements, microhardness, and oxygen, nitrogen and hydrogen measurements by inert gas fusion-infrared absorption and thermal conductivity were performed. SLM samples with high quality were obtained using powers and scanning speeds between 300-400 W and 800-1000 mm/s using HDH powder and 200-300 W and 1000-1200 mm/s using PA powder. The microstructure is formed by melt pools of different dimensions with titanium segregation at the walls of the cellular-dendritic structure in a matrix of ? phase of body-centered cubic (BCC) structure. The hardness of the PA samples varied from 173 to 224 HV0.2, while the hardness of the HDH samples was influenced by the high content of This work is one of the results of the project "Prosthesis", formed by the partnership among the Institute for Technological Research (IPT), the Brazilian Metallurgy and Mining Company (CBMM) and the Disabled Child Care Association (AACD) for the manufacturing of custom orthopedic prostheses using titanium-niobium (Ti-Nb) and titanium-niobium-zirconium (Ti-Nb-Zr) alloys by selective laser fusion. The funding of R$ 8.2 million is divided among CBMM (R$ 2.69 million), the government of the state of São Paulo (R$ 1.6 million), the São Paulo Research Foundation (FAPESP) (R $ 1.8 million), under the Research Support Partnership Program for Technological Innovation (PITE), and the Brazilian Agency for Industrial Research and Innovation (EMBRAPII) (R$ 2.17 million).
 
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Jhoan20vc.pdf (14.88 Mbytes)
Data de Publicação
2020-04-22
 
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