Manufatura aditiva por fusão de leito de pó a laser de aço inoxidável 316L com adições de boro: avaliação das propriedades de corrosão e desgaste
| Ano de defesa: | 2024 |
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| Orientador(a): |
Gargarella, Piter
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEM
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Palavras-chave em Inglês: | |
| Área do conhecimento CNPq: | |
| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/23396 |
Resumo: | Adding boron to stainless steels improves wear resistance through the formation of Cr- and Mo-rich borides but may cause sensitization. Enhancing wear without compromising corrosion resistance requires adjusting the alloy’s global composition. This thesis aims to modify 316L stainless steel, known for excellent processability by laser additive manufacturing, and evaluate its electrochemical and tribological properties after gas atomization and L-PBF. Initial tests with commercial 316L powder achieved high densification (8.09 ± 0.04 g/cm³) using parameters of 192 W, 1000 mm/s, 70 µm, and 30 µm. The composition was then modified with 0.5 wt.% B, designing two alloys (Mo3 and Mo4) via CALPHAD. Ingots were produced, gas-atomized, and characterized by SEM, XRD, and laser diffraction, revealing spherical powders suitable for L-PBF. A Box-Behnken design defined parameters for modified alloys (224 W, 700 mm/s, 76 µm). Specimens were printed and analyzed by SEM, TEM, and XRD, confirming a cellular microstructure with M₂B and M₃B₂ boride networks. Electrochemical tests showed superior performance of modified alloys compared to original 316L, with higher Etransp and Rp and lower icorr, ipass, Ceff, and Qa. Regarding wear, hardness increased from 224 ± 7 HV to 473 ± 5 HV, while the coefficient of friction dropped from 0.56 to 0.35, reducing the specific wear rate by up to 2.5 times. In conclusion, boron addition combined with composition adjustment significantly improved wear resistance without impairing corrosion resistance, maintaining L-PBF processability. |
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Figueira, GustavoGargarella, Piterhttp://lattes.cnpq.br/4641435644243916Koga, Guilherme Yuukihttp://lattes.cnpq.br/0933095081175012http://lattes.cnpq.br/2329692381880140https://orcid.org/0000-0002-5771-0594https://orcid.org/0000-0003-4445-5819https://orcid.org/0000-0003-0792-1139https://orcid.org/0000-0003-4445-5819https://orcid.org/0000-0002-3099-3694https://orcid.org/0000-0002-2831-2335https://orcid.org/0000-0002-9506-1900https://orcid.org/0000-0003-2835-6183Gargarella, PiterBolfarini, ClaudemiroOtani, Lucas BarcelosCoelho, Reginaldo TeixeiraSoyama, Julianohttp://lattes.cnpq.br/4641435644243916http://lattes.cnpq.br/9231627080617037http://lattes.cnpq.br/2519980413159984http://lattes.cnpq.br/9018028705455552http://lattes.cnpq.br/90612784697344752026-01-12T17:43:54Z2024-03-25FIGUEIRA, Gustavo. Manufatura aditiva por fusão de leito de pó a laser de aço inoxidável 316L com adições de boro: avaliação das propriedades de corrosão e desgaste. 2024. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2024. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/23396.https://hdl.handle.net/20.500.14289/23396Adding boron to stainless steels improves wear resistance through the formation of Cr- and Mo-rich borides but may cause sensitization. Enhancing wear without compromising corrosion resistance requires adjusting the alloy’s global composition. This thesis aims to modify 316L stainless steel, known for excellent processability by laser additive manufacturing, and evaluate its electrochemical and tribological properties after gas atomization and L-PBF. Initial tests with commercial 316L powder achieved high densification (8.09 ± 0.04 g/cm³) using parameters of 192 W, 1000 mm/s, 70 µm, and 30 µm. The composition was then modified with 0.5 wt.% B, designing two alloys (Mo3 and Mo4) via CALPHAD. Ingots were produced, gas-atomized, and characterized by SEM, XRD, and laser diffraction, revealing spherical powders suitable for L-PBF. A Box-Behnken design defined parameters for modified alloys (224 W, 700 mm/s, 76 µm). Specimens were printed and analyzed by SEM, TEM, and XRD, confirming a cellular microstructure with M₂B and M₃B₂ boride networks. Electrochemical tests showed superior performance of modified alloys compared to original 316L, with higher Etransp and Rp and lower icorr, ipass, Ceff, and Qa. Regarding wear, hardness increased from 224 ± 7 HV to 473 ± 5 HV, while the coefficient of friction dropped from 0.56 to 0.35, reducing the specific wear rate by up to 2.5 times. In conclusion, boron addition combined with composition adjustment significantly improved wear resistance without impairing corrosion resistance, maintaining L-PBF processability.Adicionar boro aos aços inoxidáveis aumenta a resistência ao desgaste pela formação de boretos ricos em Cr e Mo, mas pode causar sensitização. Para melhorar o desgaste sem comprometer a resistência à corrosão, é necessário ajustar a composição química global da liga. Esta tese visa modificar o aço inoxidável 316L, reconhecido pela excelente processabilidade por manufatura aditiva a laser, e avaliar suas propriedades eletroquímicas e tribológicas após atomização a gás e L-PBF. Os testes iniciais com pó comercial de 316L resultaram em alta densificação (8,09 ± 0,04 g/cm³) com parâmetros de 192 W, 1000 mm/s, 70 µm e 30 µm. Em seguida, a composição foi modificada com 0,5 %p B, projetando duas ligas (Mo3 e Mo4) via CALPHAD. Lingotes foram produzidos, atomizados e caracterizados por MEV, DRX e difração a laser, revelando pós esféricos adequados para L-PBF. Um planejamento Box-Behnken definiu parâmetros para as ligas modificadas (224 W, 700 mm/s, 76 µm). Corpos de prova foram impressos e analisados por MEV, MET e DRX, confirmando microestrutura celular com rede de boretos M₂B e M₃B₂. Ensaios eletroquímicos indicaram superioridade das ligas modificadas frente ao 316L original, com maiores Etransp e Rp e menores icorr, ipass, Ceff e Qa. Em desgaste, a dureza aumentou de 224 ± 7 HV para 473 ± 5 HV, enquanto o coeficiente de atrito caiu de 0,56 para 0,35, reduzindo a taxa específica em até 2,5 vezes. Conclui-se que a adição de boro, associada ao ajuste de composição, elevou significativamente a resistência ao desgaste sem prejudicar a resistência à corrosão, mantendo a viabilidade do processamento por L-PBF.Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)Processo n° 141602/2019-8, Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)Processo n° 2019/01829-5, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarhttps://doi.org/10.1590/0104- 9224/SI25.30https://link.springer.com/article/10.1557/s43578-023-01271-8https://inoxcorr.com.br/wp- content/uploads/2022/11/635eda41670c5.pdfAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessManufatura aditivaFusão de leito de pó a laserAço Inoxidável316LCorrosãoDesgasteAdditive manufacturingLaser powder bed fusionStainless steelCorrosionWearENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA::METALURGIA FISICA9. Indústria, Inovação e Infraestrutura12. Consumo e Produção ResponsáveisManufatura aditiva por fusão de leito de pó a laser de aço inoxidável 316L com adições de boro: avaliação das propriedades de corrosão e desgasteAdditive Manufacturing through Laser Powder Bed Fusion of 316L stainless steel with B additions: evaluation of the corrosion and wear propertiesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALGustavo Figueira - Tese.pdfGustavo Figueira - Tese.pdfapplication/pdf6888798https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/fd2fd88b-9367-4831-b217-68a2ba4a394f/download4f3e95801fcfb4edd94396d442c15d7dMD52trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8906https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/68d2e3ca-3ef6-4343-9b25-7de4b4111930/downloadfba754f0467e45ac3862bc2533fb2736MD51falseAnonymousREADTEXTGustavo Figueira - Tese.pdf.txtGustavo Figueira - Tese.pdf.txtExtracted texttext/plain103436https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1e965b53-03fc-44a3-b52c-060451050e2a/downloada95b144adbf8d2df638f4985885cb4caMD53falseAnonymousREADTHUMBNAILGustavo Figueira - Tese.pdf.jpgGustavo Figueira - Tese.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg4127https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/6c9b3330-30cd-4e2f-931b-a665ce6df8af/download423f65a102c3f0262d09d1bb99fedd56MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/233962026-01-13T03:07:10.921705Zhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/23396https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222026-01-13T03:07:10Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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