Avaliação de manufatura aditiva por deposição a laser de aço AISI H13 para produção e caracterização de ferramenta para trabalho a quente

Abstract

A manufatura aditiva (MA) permite a fabricação de modelos com geometrias complexas e propriedades otimizadas. Entre os processos de MA, destacam-se os de manufatura aditiva baseada em laser, com aplicações que viabilizam melhorias nas propriedades e alto índice de reprodutibilidade. Neste contexto, o objetivo desta pesquisa caracteriza-se por definir parâmetros otimizados para aplicação do processo de manufatura aditiva por deposição de metal a laser (Laser Metal Deposition - LMD) para viabilizar a produção, com aço AISI H13, de ferramenta para trabalho a quente, avaliando características microestruturais e comportamento mecânico das múltiplas deposições. Para isso, foi realizado um planejamento de experimentos, pelo método de superfície de resposta, para otimização dos parâmetros de operação do LMD, tais quais potência do laser, velocidade escaneamento (Ve) e velocidade de rotação do disco de alimentação (Vr), este último determina a vazão de pó aditivo. Essa abordagem permite avaliar a influência desses parâmetros no aperfeiçoamento das respostas necessárias ao componente e aumento de eficiência do processo definidas como altura total do conjunto depositado, propriedades de rugosidade e microdureza, além da densidade de poros associada. Neste sentido, procurou-se caracterizar o pó aditivo de H13, pelas técnicas de difração à laser e microscopia eletrônica de varredura. A partir dos resultados do delineamento de experimentos, foi possível estabelecer modelos reduzidos, os quais indicaram interações de segunda ordem entre os fatores, além de demonstrar a grande relevância dos parâmetros avaliados para determinação das respostas definidas, apresentando coeficiente R2 (ajustado) para as respostas de altura, rugosidade, microdureza e porosidade de 92%, 77%, 98% e 91%, respectivamente, indicando um bom ajuste dos dados pelos modelos propostos. A partir da sobreposição das curvas de contorno e definição de critérios de produção foi possível estabelecer níveis otimizados de potência (1600 e 2500 W), Ve (5,4 e 6 mm/min) e Vr (6,7 e 7 rpm). Foram verificadas diferentes morfologias na matriz martensítica conforme condição de processamento das múltiplas deposições, com valores médios de microdureza de 554 e 538 HV0,2/15 e tensão de escoamento em compressão de 1368,2 e 1025,3 MPa para as condições otimizadas, como depositadas.