Tratamento térmicos cria um novo caminho para a criação de aço industrial por impressão 3D

Manufatura aditiva de aço

A manufatura aditiva, também conhecida como impressão 3D, tornou-se rapidamente uma alternativa promissora para a indústria aeroespacial, permitindo criar peças customizadas em formatos complexos.

Entretanto, a impressão 3D de peças de aço ainda é problemática porque a microestrutura do aço obtido por essa tecnologia é diferente daquela resultante da fabricação tradicional, o que pode comprometer as propriedades mecânicas do material.

Pesquisadores do Centro Nacional de Pesquisa em Energia e Materiais (CNPEM), em Campinas (SP), descobriram que a solução para esse desafio pode estar em uma técnica que é parte integrante da metalurgia tradicional: o tratamento térmico.

Aços maraging

O aço está enfrentando forte concorrência do alumínio, que está cada vez mais forte e funciona bem na manufatura aditiva.

Fábio Conde e seus colegas se concentraram no aço maraging (MARtensite Aging) grau 300, um material ultrarresistente obtido a partir do envelhecimento da matriz martensítica - que, por sua vez, é um produto da austenita. Além da resistência mecânica, ele é dúctil, isto é, capaz de absorver deformações, uma característica importante em materiais submetidos a cargas intensas e ciclos de fadiga, como uma turbina de avião ou um trem de pouso, por exemplo.

Durante o envelhecimento tradicional do aço maraging, os diferentes elementos que formam sua microestrutura se agrupam. São esses grupos que determinam resistência e ductilidade do material e sua organização depende de fatores como tempo e temperatura.

Entretanto, devido à heterogeneidade da precipitação desses elementos de liga na matriz durante a manufatura aditiva, o envelhecimento tradicional - tratamento térmico em temperatura que varia conforme a liga utilizada, mas que geralmente é feito na faixa de 500 ºC por um período de até quatro horas - não traz o efeito esperado na microestrutura do aço - ele atinge a resistência desejada, mas não a ductilidade.

Os pesquisadores tentaram, então, alterar os agrupamentos de elementos com temperaturas diferentes das usuais. O objetivo era aumentar a quantidade de austenita na matriz martensítica, que tem ductilidade maior do que a martensita. "Buscamos uma faixa de temperatura e de tempo de exposição em que parte da martensita se dissolvesse o suficiente para formar austenita e ficasse estável, ou seja, não voltasse à forma original," explicou o professor Julián Diaz.

Impressão 3D de aço maraging

As peças de aço maraging usadas foram construídas por fusão a laser seletiva e homogeneizadas a 820 °C. Depois de fabricadas, as amostras foram submetidas a revenimento - tratamento térmico no campo bifásico - em três temperaturas, 610 °C, 650 °C e 690 °C, por cerca de 30 minutos.

Nos dois primeiros casos, houve transformação gradual e significativa da martensita em austenita, com alta estabilidade térmica, que seria o cenário ideal para promover a ductilidade. Já aos 690 °C, houve formação excessiva da fase austenita e conversão indesejada do material em martensita durante o resfriamento.

"Conseguimos criar uma matriz que aparenta ser resistente, embora não ao ponto do aço maraging tradicional, mas com ductilidade considerável," disse Diaz.

Para continuar melhorando o material, a equipe pretende fazer novas análises cristalográficas, em diferentes faixas de temperatura, e, depois, submeter o material a testes mecânicos.

Por enquanto, a manufatura aditiva do aço só é usada em protótipos, justamente por conta da imprevisibilidade de sua microestrutura. Espera-se que, com este trabalho e os próximos que virão, seja mais fácil viabilizar seu uso efetivo em indústrias críticas. "A partir disso, poderemos criar tecnologias que mudarão a vida de várias maneiras," disse Diaz.

Font: Revista: Additive Manufacturing