A eficiência do acabamento em tambor como poste final

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4602 (2023) Citar este artigo

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Um pós-tratamento híbrido combinando acabamento tumble como uma etapa final após shot peening e tratamento térmico foi desenvolvido para aliviar os efeitos adversos de defeitos internos e de superfície no desempenho de fadiga de amostras de fusão de leito de pó a laser AlSi10Mg. Os efeitos de cada pós-tratamento foram investigados individualmente e sinergicamente na microestrutura, morfologia e rugosidade da superfície, dureza, tensões residuais, porosidade e comportamento de fadiga por flexão rotativa de amostras de AlSi10Mg com entalhe em V. Os resultados revelam que o acabamento por tambor pode reduzir muito a rugosidade da superfície em 28 e 32% em comparação com os estados como construído e tratado termicamente, ao mesmo tempo em que induz o endurecimento extra da camada superficial e tensões residuais compressivas. O pós-tratamento híbrido de tratamento térmico + shot peening + acabamento por tambor aumentou significativamente a vida de fadiga das amostras em mais de 500 vezes em comparação com a série as-built.

A fusão de metal em leito de pó à base de laser (PBF-LB/M), como uma tecnologia popular de manufatura aditiva (AM), atraiu atenção considerável para a fabricação de peças de geometrias complexas1,2,3. No entanto, os materiais PBF-LB são conhecidos por terem múltiplos defeitos internos e superficiais devido aos complexos fenômenos termofísicos durante o processo de fusão e solidificação camada por camada4,5,6. Os materiais construídos são caracterizados por microestruturas não homogêneas7, diferentes tipos de porosidades formadas por gás aprisionado, falta de fusão e efeitos de buraco de fechadura8,9,10, tensões residuais de tração11,12 e irregularidades superficiais13. As principais fontes de imperfeições de superfície estão relacionadas à formação de pó não fundido e parcialmente fundido, respingos e defeitos de bolas14,15,16. Essas imperfeições impactam potencialmente o desempenho dos materiais PBF-LB, por exemplo, desgaste, arranhões, resistência à corrosão e comportamento à fadiga17,18,19. Normalmente, os defeitos superficiais atuam como zonas de concentração de tensões locais, que causam a nucleação precoce da trinca e, assim, a fratura por fadiga2,20,21,22. Portanto, vários métodos de pós-processamento foram sugeridos para superar esses problemas e enfrentar os desafios associados às propriedades mecânicas dos materiais PBF-LB23.

Lidando com métodos de pós-processamento, o tratamento térmico (HT) é comumente usado para modular alguns dos defeitos internos dos materiais PBF-LB. O HT pode ser projetado para homogeneizar a microestrutura para remover a anisotropia e liberar as tensões residuais. Além disso, é relatado que a ductilidade e o alongamento dos materiais PBF-LB podem ser melhorados com HT24,25 adequado, garantindo um melhor comportamento à fadiga26,27.

Considerando pós-tratamentos para modular as imperfeições da superfície sem remoção de material, tratamentos de superfície baseados em shot peening (SP)28,29,30, ultrasonic peening (UP)31, cavitation peening (CP)32,33, severo vibratory peening ( SVP)34 e laser shock peening (LSP)35,36,37 podem remover altamente as irregularidades da superfície e homogeneizar a morfologia da superfície dos materiais construídos. Além disso, muitos dos pós-tratamentos mencionados acima podem induzir notável refinamento de grão da camada superficial e altas tensões residuais compressivas, que contribuem para uma maior melhoria do comportamento à fadiga38,39,40,41,42. Por exemplo, aplicando deformações plásticas severas de superfície pelo processo SP com intensidade Almen de 10A [0,001 polegada] e 100% de cobertura usando mídia de aço, a rugosidade da superfície das amostras PBF-LB AlSi10Mg diminuiu de 9 para 4,5 µm em termos de Ra30. O efeito combinado de morfologia superficial reduzida, endurecimento da superfície, bem como tensões residuais compressivas máximas de até - 155 MPa em comparação com o estado de construção com tensões de tração de 70 MPa levaram a um aumento notável da resistência à fadiga de 36 MPa na condição de construção para 176 MPa após o tratamento SP. Em outro estudo, a aplicação de UP com frequência de 17 kHz, potência de 1000 W e amplitude de 80 µm em PBF-LB AlSi10Mg resultou em notável redução de porosidade e endurecimento superficial e também induziu alta tensão residual compressiva superficial em comparação com a tração inicial estresse levando a notável melhoria da resistência à corrosão31. A aplicação de LSP com energia de feixe de laser de 4,5 J, densidade de energia de laser de 9 GW/cm2 e sobreposição de pulso de 50% em amostras de PBF-LB AlSi10Mg com entalhe em V revelou considerável fechamento de poros até a profundidade de 380 µm em comparação com o as- condição construída. A rugosidade superficial inicial em termos de Ra na área da raiz do entalhe foi reduzida de 4,34 µm para 3,98 µm após a aplicação de LSP. Além disso, o endurecimento da superfície de 25% e a tensão residual da superfície compressiva foram induzidas a partir da tensão inicial de - 11 a - 178 MPa, melhorando a vida à fadiga até cerca de 200 vezes mais em comparação com o estado construído37.