Fatigue cracks propagation in hybrid steel elements with laser sinter implant

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica apresentada à Faculdade de Ciências e TecnologiaCom o avanço tecnológico houve a necessidade do fabrico de peças com geometrias complexas que os processos de fabrico convencionais não permitem. De modo a resolver este problema, desenvolveram-se processos de manufatura por adição (AM) que além de permitirem geometrias complexas, também permitem uma prototipagem rápida auxiliando-se de modelos em CAD directamente transferidos para a máquina.O Direct Metal Laser Sintering (DMLS) é um dos processos de fabricação e prototipagem (AM) mais avançados atualmente. Esta técnica permite criar peças complexas através da deposição de materiais em pó fundido camada por camada através da passagem de um laser.Este trabalho recai na reconstrução de peças através de implantes sinterizados, sendo que é feito o estudo da resistência à fadiga para os dois aços comerciais diferentes, AISI H13 e AISI 420, onde foram construídos implantes de aço AISI 18Ni300 de DMLS com duas velocidades de passagem de laser diferentes (200mm/s e 400mm/s). Foram usados provetes CT, de acordo com a norma ASTM E647 – 00.Neste estudo obtiveram-se as curvas de propagação de fenda, as constantes para aplicação da lei de Paris, procedeu-se à avaliação do efeito de sobrecarga e medição do fecho de fenda, com R=0, R=0,3 e R=0,6 para os provetes sinterizados à velocidade de laser de 200mm/s e com R=0 para 400mm/s.Este processo (DMLS) cria uma zona de interface entre o aço comercial e o implante sinterizado. A propagação da fenda para todas as amostras ocorreu no limite da interface, precisamente na zona de material sinterizado e desenvolve entre as camadas sinterizadas. Verificou-se também que a razão de tensões não altera substancialmente a velocidade de propagação.Because of the technological advance, it was necessary to manufacture parts with complex geometries and rapid prototyping. Conventional manufacturing methods were too limited and did not allowed it. To solve this problem, additive manufacturing (AM) processes were developed, which in addition to allowing complex geometries also allowed a rapid prototyping since CAD files are directly transferred to the machinery.Direct Metal Laser Sintering (DMLS) is one of the most advanced manufacturing and prototyping (AM) methods nowadays. This technique allows to create complex parts by depositing molten powder materials layer by layer through the passage of a laser. This work is concerned on parts that include sintered implants, being that the fracture toughness for the two different commercial steels, AISI H13 and AISI 420, where AISI 18Ni300 of DMLS steel implants were built with two different laser passage speeds (200mm/s and 400mm/s), being CT samples the final shape.For this study, we obtained the crack growth rate and Paris law application, overload influence and crack closure for the load ratios of R=0, R=0.3 and R=0.6 for the sintered samples at the laser speed of 200mm/s and for R=0 for 400mm/s.This process (DMLS) creates an interface zone between the commercial steel and the sintered implant. The crack growth path for all samples occurred in the limit of the interface, precisely in the zone of sintered material and develops between the sintered layers. It was also noticed that the load ratio does not substantially alter the rate of the propagation