Correlation between conventional and additive manufacturing processes with the properties of 316L stainless steel

Unlike the most well-known manufacturing processes, which use subtraction to produce a component, additive manufacturing is based on the progressive addition of thin layers of material to manufacture a part. The possibility of producing highly complex or customized parts, in fewer steps and saving material, has been one of the attractions of this manufacturing method. However, there are still challenges for the application of this process, since different regions of the material being produced undergo different thermal cycles, which can cause microstructural changes and changes in the mechanical properties of the alloy. Thus, this work aimed to characterize 316L stainless steel manufactured by two additive manufacturing processes with different natures, WAAM and SLM. Tube samples manufactured by these processes were subjected to chemical composition testing via mass discharge spectrometry. Microstructural analysis by optical microscopy and scanning electron microscopy. And characterization of mechanical behavior through microhardness measurements and tensile and bending test. For comparison purposes, the same analyzes were performed with a tube of the same alloy in the annealed condition. It could be observed that the component produced by WAAM presented a ferritic-austenitic microstructure, with different ferrite morphologies, unlike the austenitic structure of the conventional material and the one manufactured by SLM. The two additive manufacturing processes produced a microstructure with a smaller grain size than the annealed material, resulting in an increase in the microhardness and in the creep limit of the material, as well as lower ductility. The SLM was the technique that presented the smallest grain size, the highest microhardness, and the highest yield strength. The different microstructures of the WAAM process caused a great dispersion of the microhardness values that contributed to a greater anisotropy of the material, which resulted in the component with the lowest ductility among those analyzedFAU - Fundação de Apoio UniversitárioDissertação (Mestrado)Diferente dos processos de fabricação mais conhecidos que utilizam da subtração para produção de um componente, a manufatura aditiva baseia-se na adição progressiva de finas camadas de material para fabricação de uma peça. A possibilidade de produzir peças com alta complexidade ou de forma personalizada, em menos etapas e economizando material tem sido um dos atrativos desse modo de fabricação. Entretanto, ainda há desafios para aplicação desse processo, uma vez que diferentes regiões do material que está sendo produzido passam por distintos ciclos térmicos, podendo causar alterações microestruturais e nas propriedades mecânicas da liga. Dessa forma, este trabalho se propôs a caracterizar o aço inoxidável 316L fabricado por dois processos de manufatura aditiva com naturezas distintas, a MADA e a FSL. Amostras de tubos fabricados por esses processos foram submetidos ao ensaio de composição química via espectrometria de descarga de massa. Análise microestrutural por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. E caracterização do comportamento mecânico por meio de medidas de microdureza e ensaio de tração e dobramento. Para efeito de comparação, as mesmas análises foram realizadas com tubo da mesma liga na condição recozido. Pôde-se observar que o componente produzido por MADA apresentou microestrutura ferrítica-austenítica, com diferentes morfologias de ferrita, diferentemente da estrutura austenítica do material convencional e do fabricado por FSL. Os dois processos de manufatura aditiva produziram microestrutura com menor tamanho de grão que o material recozido, provocando aumento na microdureza e no limite de escoamento do material, assim como menor ductilidade. Sendo a FSL a técnica que apresentou menor tamanho de grão, maior microdureza e maior limite de escoamento. As diferentes microestruturas do processo MADA causaram grande dispersão dos valores de microdureza que contribuíram para maior anisotropia do material, que resultou no componente com menor ductilidade entre os analisado