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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.85.2023.tde-15052023-090609
Document
Author
Full name
Eduardo Gavira Bonani
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2023
Supervisor
Committee
Neves, Maurício David Martins das (President)
Batalha, Gilmar Ferreira
Pieretti, Eurico Felix
Title in Portuguese
Avaliação de propriedades mecânicas e caracterização microestrutural de consolidados de pós de aço inoxidável AISI 316L fabricados por manufatura aditiva usando a fusão seletiva a laser
Keywords in Portuguese
AISI 316L
fusão seletiva a laser
manufatura aditiva
porosidade
propriedades mecânicas e análise microestrutural
Abstract in Portuguese
Neste estudo foi utilizado como material particulado o aço inoxidável AISI 316L, proveniente de dois fabricantes diferentes, para confecção de amostras consolidadas, usando do processo de Fusão Seletiva a Laser (FSL) em leito de pó, que é uma técnica de fabricação por manufatura aditiva (MA). Foram variados alguns parâmetros de processo tais como, potência e velocidade do feixe, distância entre passes do feixe laser (hachura) e estratégia de varredura, visando estudar o efeito na porosidade, rugosidade e propriedades mecânicas. A partir das condições selecionadas foram fabricadas amostras para: medidas de rugosidade, ensaios mecânicos de tração, medidas de dureza Rockwell B e caracterização da microestrutura. Observou-se que pós de diferentes fornecedores, mesmo que na especificação técnica, apresentaram diferentes propriedades de empacotamento e de fluidez ocasionando propriedades distintas no consolidado por FSL. Ainda foi verificado que o uso da relação potência do laser e velocidade de movimentação do laser com intervalos diferentes de distância entre os passes (hachura) foi acertado na fabricação de amostras consolidadas com porosidade aparente, em torno de 1 % e rugosidade menor do que 15 μm. Verificou-se que a construção na posição horizontal propiciou a fabricação de amostras com menores porosidades (maior densidade geométrica) e maiores limites de ruptura e de escoamento e maior alongamento, no ensaio de tração, em relação à construção na direção na posição vertical. Observou-se que a presença de porosidade causa diminuição nas tensões de ruptura e escoamento. As amostras fabricadas com potência do feixe laser de 212 Watts, velocidade de 1600 mm/s, hachura de 0,07 mm e espessura de camada de 0,03 mm apresentaram porosidade em torno de 1,0 %, densidade geométrica de 7,65 g/cm3 (> 95 % da densidade teórica), limite de resistência à tração de (612±43) MPa e limite de escoamento de (544±37) MPa, portanto acima de valores referenciados em normas vigentes. A microestrutura obtida era austenítica, refinada e de morfologia predominantemente celular. A morfologia de fratura indicou características dúcteis e formação de pequenos vazios (dimples), além da presença de descontinuidades.
Title in English
Evaluation of mechanical properties and microstructural characterization of AISI 316L stainless steel powder consolidated manufactured by additive manufacturing using selective laser melting
Keywords in English
additive manufacturing
AISI 316L
mechanical properties and microstructural analysis
porosity
selective laser fusion
Abstract in English
In this study, AISI 316 L stainless steel was used as particulate material from two different producers, for the manufacture of consolidated, using the Selective Laser Melting (FSL) process in a powder bed, which is a manufacturing technique by additive manufacturing (AM). Some process parameters were varied, such as beam power and speed, distance between laser beam passes (hatching) and scanning strategy, to study the effect on porosity, roughness, and mechanical properties. From the selected conditions, samples were manufactured for: roughness measurements, mechanical tensile tests, Rockwell B hardness measurements and microstructural characterization. It was observed that powders from different producers, even in the technical specification, presented different packing and fluidity properties, causing different properties in the consolidated by FSL. It was also verified that the use of the laser power and laser movement speed ratio with different intervals of distance between the passes (hatching) was correct in the manufacture of consolidated samples with apparent porosity, around 1 % and roughness less than 15 μm. It was verified that the construction in the horizontal direction favoured the fabrication of samples with smaller porosities (higher geometric density) and higher rupture and flow limits, in the tensile test, comparing construction in the vertical direction. It was observed that the presence of porosity causes a decrease in rupture and yield stresses. The samples manufactured with a laser beam power of 212 Watts, speed of 1600 mm/s, hatch of 0.07 mm and layer thickness of 0.03 mm showed porosity around 1.0 %, geometric density of 7.65 g/cm3 (> 95% of theoretical density), tensile strength limit of (612±43) MPa and yield strength of (544±37) MPa, therefore above the values referenced in current standards. The microstructure obtained was austenitic, refined with predominantly cellular morphology. Fracture morphology indicated ductile characteristics and formation of small voids (dimples) in addition to the presence of discontinuities.
 
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Publishing Date
2023-05-15
 
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