Contribuição para a fabricação de FGM à base de Fe-Sn-Ag obtido pelo processo de SLM

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017.A fabricação de materiais que apresentam gradientes funcionais (FunctionallyGraded Materials - FGM) exige a variação da estrutura oucomposição ao longo da peça. Várias aplicações demandam variaçõesnas propriedades dos materiais, que podem ser obtidas de maneira descontínua,com a utilização de materiais distintos, ou gradativa, com ouso de FGM. A manufatura aditiva (Additive Manufacturing ? AM) podeser utilizada para a fabricação de FGM através da fusão ou sinterizaçãoseletiva a laser (Selective Laser Melting/Sintering ? SLM/SLS). O processoutiliza um laser que incide sobre um material particulado, fundindoou sinterizando sucessivas camadas que dão forma à peça. Há umagrande dependência entre a qualidade das peças fabricadas e os parâmetrosdo processo, que devem ser escolhidos em função do material particuladoutilizado e das características estruturais desejadas na peça, portanto,é necessário conhecer o comportamento das diversas matériasprimase suas misturas para aperfeiçoar os resultados. Nesse contexto, oobjetivo deste trabalho é fabricar um material com gradação funcionalde composição por SLM e estudar a consolidação em função dos parâmetrosde processamento. Especificamente, o material deverá apresentargradação nas propriedades tribológicas, propriedade escolhida pelaconstatação do menor número de publicações encontradas sobre o tema.A gradação será obtida através de uma transição gradual entre um materialaplicado em ligas resistentes ao desgaste para um material com maioraplicação em ligas estruturais. Para isto é utilizado o pó de ferro(Höganäs AHC 100.29) e o pó de uma liga de estanho e prata (Heraeus).Os resultados mostraram os parâmetros de processamento obtidos paracada composição de um gradiente discreto de três níveis, partindo doferro puro e avançando com incrementos de 12,5% em massa do pó daliga de estanho e prata até uma mistura composta por 75% em massa depó de ferro e 25% em massa do pó da liga de estanho e prata. O trabalhotambém inclui as medidas da densidade e dureza, que apresentaramaumento em função da adição do pó da liga de estanho e prata no material.A metalografia evidencia uma estrutura heterogênea e a análisetribológica mostrou a redução no coeficiente de atrito em função daadição da liga de estanho e prata para cada composição do FGM.Abstract : The manufacturing of functionally graded materials (FGM) requires astructural or compositional variation throughout the piece. Several applicationsrequire material properties variation, which can be achieved ina discontinuous way, with the use of different materials, or gradual, withthe use of FGM. The Additive manufacturing (AM) can be used forFGM manufacturing by selective fusion or selective sintering by laser(SLM/SLS). The process uses a laser that focuses on a particulate material,melting or sintering successive layers that give shape to the piece.There is a great dependence between the quality of the manufacturedparts and the process parameters, which must be chosen according to theparticulate material used and the structural characteristics desired in thepart, so it is necessary to know the behavior of the various raw materialsand their mixtures to improve the results. In this context, the objective ofthis work is to fabricate a material with functional grading of compositionby SLM and to study the consolidation in function of the processingparameters. Specifically, the material should present gradation in tribologicalproperties, property chosen by the finding of the smallest numberof publications on the subject. The gradation will be achieved through agradual transition between a material applied in wear resistant alloys toone with greater application in structural alloys. To achieve this, ironpowder (Höganäs AHC 100.29) and the powder of a tin alloy (Heraeus)are used. The results show the processing parameters obtained for eachcomposition of a three-level discrete gradient, starting from pure ironand advancing with 12.5 wt% increments of tin alloy powder to a mixturecomposed of 75 wt% Iron and 25 wt% of the tin alloy powder. Thework also includes measurements of density and hardness, which increasedas a function of tin alloy addition. The metallography shows aheterogeneous structure and tribological analysis showed the coefficientfriction reduction as a function of tin alloy addition, for each FGM composition