Efeito do tratamento térmico e do substrato na propagação de fendas por fadiga em provetes de aço obtidos por fusão seletiva a laser

Abstract

O objetivo da presente investigação prende-se com a compreensão do efeito do tratamento térmico de envelhecimento e do substrato na propagação de fendas por fadiga em componentes obtidos por fusão seletiva a laser.A fusão seletiva por laser faz parte de um grupo de tecnologias de manufatura por adição que utiliza um processo camada por camada para obter componentes com geometrias diversas. Esta tecnologia recorre à modelação 3D como fonte de informação e a um feixe de laser de alta potência para obtenção de componentes recorrendo à fusão total dos pós metálicos. Estando a ser, a cada dia, mais utilizada nas indústrias automóvel, aerospacial e biomédica.Por forma a alcançar os objetivos da presente dissertação realizaram-se ensaios experimentais e diversas análises aos materiais em estudo. Ensaios de microdureza para obtenção dos perfis de dureza e ensaios de fadiga para obtenção das curvas da/dN – ΔK correspondentes às séries de provetes em estudo. Analisaram-se as microdurezas, a metalografia, as tensões residuais, a propagação de fenda por fadiga, o efeito da aplicação de sobrecargas na propagação de fenda por fadiga, o fenómeno de fecho de fenda e a superfície de fratura.Verificou-se um aumento de dureza na ordem dos 40% como consequência do tratamento térmico de envelhecimento. Observou-se que, nos provetes híbridos analisados, a propagação de fenda por fadiga ocorre pelo material obtido por fusão seletiva a laser, qualquer que seja o substrato usado. Por fim, concluiu-se que após a aplicação de sobrecargas, a propagação de fenda passa de um regime uniplanar para um regime multiplanar, sendo este a principal causa de retardamento na propagação de fenda por fadiga nas séries estudadas.

The objective of the following investigation is to understand the effect of the heat treatment of aging and the substrate on fatigue crack growth in components obtained by selective laser melting.Selective laser melting is part of a group of addictive manufacturing technologies that uses a layer by layer process to obtain components with diverse geometries. This technology uses 3D modeling as a source of information and a high-power laser beam for obtaining components using the total melting of the metallic powders. Being increasingly used every day in the automotive, aerospace and biomedical industries.In order to reach the objectives of the present dissertation, experimental studies and several analyzes of the materials under study were carried out. Microhardness tests to obtain the hardness profiles and fatigue tests to obtain the da/dN - ΔK curves corresponding to the test specimen series. Microhardness, metallography, residual stresses, fatigue crack propagation, the effect of applying overloads on fatigue crack growth, the crack closer phenomenon and the fracture surface were analyzed.A hardness increase of the order of 40% was found as a consequence of the aging heat treatment. It was observed that, in the hybrid test specimens, fatigue crack growth occurs by the material obtained by selective laser melting, regardless of the substrate used. Finally, it was concluded that after the application of overloads, the crack propagation changes from a uniplanar regime to a multiplanar regime, which is the main cause of delay in the fatigue crack growth of the studied series.