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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36623| Título: | Efeito de tratamentos térmicos em um aço inoxidável duplex produzido por Laser Powder Bed Fusion |
| Título(s) alternativo(s): | Effect of heat treatments on duplex stainless steel produced by Laser Powder Bed Fusion |
| Autor(es): | Gonçalves, Andressa Roque |
| Orientador(es): | Mendes, Marcio Andreato Batista |
| Palavras-chave: | Aço inoxidável Manufatura aditiva Aço - Tratamento térmico Resistência de materiais Steel, Stainless Additive manufacturing Steel - Heat treatment Strength of materials |
| Data do documento: | 11-Fev-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Londrina |
| Citação: | GONÇALVES, Andressa Roque. Efeito de tratamentos térmicos em um aço inoxidável duplex produzido por Laser Powder Bed Fusion. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2025. |
| Resumo: | Os aços inoxidáveis duplex, conhecidos por sua estrutura bifásica composta por ferrita e austenita, são amplamente utilizados em aplicações que requerem alta resistência mecânica e à corrosão, como na indústria petroquímica e em estruturas offshore. A adição de grandes quantidades de boro, acima de aproximadamente 0,008%p, em aços inoxidáveis é conhecida por induzir a formação de boretos duros, que aumentam a dureza e a resistência ao desgaste do material. Neste estudo, amostras com e sem boro, acima do limite de solubilidade no ferro, produzidas pela técnica de Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) foram submetidas a tratamentos térmicos a 900 °C e 1050 °C por períodos de 10 e 60 minutos, seguidos de resfriamento em água. As análises microestruturais e mecânicas foram realizadas para avaliar o impacto desses tratamentos na microestrutura e nas propriedades do material. Antes dos tratamentos térmicos, as amostras exibem uma microestrutura monofásica composta de δ-ferrita devido ao processo L-PBF. As micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) revelam que as amostras contendo boro apresentam grãos mais refinados, enquanto as amostras puras (sem adição de boro) exibem grãos mais grosseiros e colunares, direcionados pelo elevado gradiente térmico típico do processo de L-PBF. Após os tratamentos térmicos, foi observada a restauração da microestrutura duplex em todas as amostras, com a formação de austenita mais alongada nas amostras submetidas a tratamentos de 60 minutos. Além disso, um expressivo volume de precipitados, como fases σ, χ, Cr₂₃C₆ e Cr₂N, foi identificada nas amostras modificadas com boro. Esses precipitados tiveram um impacto direto na dureza das amostras, levando a um aumento significativo na dureza após os tratamentos térmicos. Em contrapartida, as amostras puras apresentaram uma redução na dureza, mantendo uma proporção de fases mais próxima do ideal, resultado do alívio de tensão e formação da austenita. Os resultados deste estudo destacam a eficácia dos tratamentos térmicos na restauração da microestrutura bifásica e o papel crucial do boro na modificação das propriedades mecânicas e microestruturais dos aços inoxidáveis duplex produzidos por L-PBF. A pesquisa reforça o potencial da manufatura aditiva para a produção de materiais avançados, especialmente em aplicações que exigem alta resistência ao desgaste e à corrosão. |
| Abstract: | Duplex stainless steels, known for their biphasic structure composed of ferrite and austenite, are widely used in applications requiring high mechanical strength and corrosion resistance, such as the petrochemical industry and offshore structures. The addition of large amounts of boron, above approximately 0.008 wt.%, in stainless steels is known to induce the formation of hard borides, which enhance the material’s hardness and wear resistance. In this study, samples with and without boron, exceeding the solubility limit in iron, were produced using the Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) technique and subjected to heat treatments at 900 °C and 1050 °C for periods of 10 and 60 minutes, followed by water quenching. Microstructural and mechanical analyses were conducted to evaluate the impact of these treatments on the material's microstructure and properties. Before heat treatments, the samples exhibited a monophase microstructure composed of δ-ferrite due to the L-PBF process. Scanning electron microscopy (SEM) micrographs revealed that boron-containing samples displayed finer grains, whereas pure samples (without boron addition) exhibited coarser columnar grains, aligned with the high thermal gradient characteristic of the L-PBF process. After heat treatments, the restoration of the duplex microstructure was observed in all samples, with more elongated austenite forming in those subjected to 60-minute treatments. Additionally, a significant volume of precipitates, such as σ, χ, Cr₂₃C₆, and Cr₂N phases, was identified in boron-modified samples. These precipitates had a direct impact on hardness, leading to a significant increase after heat treatments. In contrast, pure samples showed a reduction in hardness, maintaining a phase proportion closer to the ideal due to stress relief and austenite formation. The results of this study highlight the effectiveness of heat treatments in restoring the biphasic microstructure and the crucial role of boron in modifying the mechanical and microstructural properties of L-PBF-produced duplex stainless steels. This research reinforces the potential of additive manufacturing for producing advanced materials, particularly for applications requiring high wear and corrosion resistance. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36623 |
| Aparece nas coleções: | LD - Engenharia de Materiais |
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