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Impressão 3D em metal é novidade no setor metalmecânico

Impressão 3D em metal é novidade no setor metalmecânico

A criação de peças customizadas em formatos mais complexo já é uma alternativa real para a indústria aeroespacial graças a manufatura aditiva, também conhecida por impressão 3D.

Alguns pontos da recente tecnologia precisam ser aprimorados já que a microestrutura do aço obtido por essa tecnologia é diferente daquela resultante da fabricação tradicional, criando a possibilidade de comprometimento das propriedades mecânicas do material.

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas, São Paulo, descobriram que a solução para esse desafio pode estar em uma técnica que é parte integrante da metalurgia tradicional: o tratamento térmico.

Aços maraging

O trabalho foi concentrado em um material ultrarresistente, obtido a partir do envelhecimento da matriz martensítica, um produto da austenita, o aço maraging (MARtensite Aging) grau 300. Além de oferecer resistência mecânica, ele é dúctil, ou seja, capaz de absorver deformações. Essa característica é de extrema importância em materiais submetidos a cargas intensas e ciclos de fadiga, como uma turbina de avião ou um trem de pouso, por exemplo.

Quando o aço maraging está em processo de envelhecimento, os diferentes elementos que foram sua microestrutura ficam agrupados. É neste momento que a resistência e a ductilidade do material e sua organização são determinados. Para isso, dois fatores são importantíssimos: o tempo e a temperatura.

Entretanto, devido à heterogeneidade da precipitação desses elementos de liga na matriz durante a manufatura aditiva, o envelhecimento tradicional - tratamento térmico em temperatura que varia conforme a liga utilizada, mas que geralmente é feito na faixa de 500 ºC por um período de até quatro horas - não traz o efeito esperado na microestrutura do aço - ele atinge a resistência desejada, mas não a ductilidade.

A tentativa dos pesquisadores então foi de alterar o agrupamento de elementos com o uso de temperaturas diferentes das usuais. O propósito foi de aumentar a quantidade de austenita na matriz mastensítica, que tem maior ductilidade do que a martensita. Para isso, uma faixa de temperatura e de tempo de exposição em parte da mastensita se dissolve o suficiente para se transformar em austenita e ficasse estável, não voltando a sua forma original, foi a saída encontrada.

Impressão 3D de aço maraging

Através do processo de fusão a laser seletiva e homogeneização a 820°C, as peças de aço maraging usadas foram construídas. Depois de prontas, as amostras foram submetidas a revenimento, um tratamento térmico no campo bifásico, em três temperaturas por cerca de trinta minutos: 610°C, 650°C e 690°C.

Uma transformação gradual e significativa da martensita em autenita, com alta estabilidade térmica, que seria ideal para promover a ductilidade, foi identificada nos dois primeiros casos. Já aos 690°C, houve formação excessiva da fase austenita e conversão indesejada do material em martensita durante o processo de resfriamento.

Uma matriz que aparenta ser resistente, mesmo não sendo ao ponto do aço maraging tradicional, mas com ductilidade considerável, pode ser criada.

Para continuar melhorando o material, a equipe pretende fazer novas análises cristalográficas, em diferentes faixas de temperatura, e, depois, submeter o material a testes mecânicos.

Por enquanto, a manufatura aditiva do aço só é usada em protótipos, justamente por conta da imprevisibilidade de sua microestrutura. Espera-se que, com este trabalho e os próximos que virão, a viabilização do uso efetivos em indústrias críticas, seja possível. A partir disso, torna-se provável a criação de outras tecnologias com impacto direto na vida das pessoas.

 

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