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Atomização a gás do aço ferramenta A2: efeito dos parâmetros de processo nas características do pó

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Mathias, Laura Emi Tavoni
Orientador(a): Gargarella, Piter lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
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
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Aço AISI A2
Atomização a gás
Pressão de atomização
Superaquecimento
Manufatura aditiva
Palavras-chave em Inglês:
Gas atomization
AISI A2 Steel
Atomization pressure
Overheating
Additive manufacturing
Área do conhecimento CNPq:
ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/16186
Resumo: Gas atomization is the main method in powder metallurgy to produce powders for additive manufacturing (AM). The gas atomization process allows generally spherical and very fine metallic powders with great yield on the particle size range for AM applications. Moreover, this is a rapid solidification process that ensures chemical homogeneity and a high degree of microstructural refinement. Iron-based alloys have wide properties range and low cost, in which tool steels are especially important for industrial applications. This project produced A2 tool steel powders by gas atomization and evaluated the influence of the process parameters on the characteristics of the powders. No systematic study has been carried out on atomization and AM of this tool steel. Thus, analyzing the gas atomization process of this material is important to ensure the production of powders with proper characteristics. The statistical tool of design of experimental (DOE) was applied, and the atomization pressure and melt superheat process parameters were analyzed. The response variables analyzed were morphology, median particle size, particle size distribution, density and flowability. The powder characterization was done by laser diffraction, sieving, scanning electron microscopy, chemical analyses by EDS, flowability by Hall and Carney Flowmeter Funnel, density by helium pycnometry and apparent density. This study showed that the gas atomization process of the A2 tool steel was suitable for the production of powders for applications in AM. The model proposed by Lubanska, which formulate the mass median particle diameter, was also validated. Furthermore, the process with the lowest pressure level (20Bar) and the highest melt superheat (300K) has the lowest gas/metal ratio and mean particle size (D50) and particle size distribution similar to the other powders produced.
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Iron-based alloys have wide properties range and low cost, in which tool steels are especially important for industrial applications. This project produced A2 tool steel powders by gas atomization and evaluated the influence of the process parameters on the characteristics of the powders. No systematic study has been carried out on atomization and AM of this tool steel. Thus, analyzing the gas atomization process of this material is important to ensure the production of powders with proper characteristics. The statistical tool of design of experimental (DOE) was applied, and the atomization pressure and melt superheat process parameters were analyzed. The response variables analyzed were morphology, median particle size, particle size distribution, density and flowability. The powder characterization was done by laser diffraction, sieving, scanning electron microscopy, chemical analyses by EDS, flowability by Hall and Carney Flowmeter Funnel, density by helium pycnometry and apparent density. This study showed that the gas atomization process of the A2 tool steel was suitable for the production of powders for applications in AM. The model proposed by Lubanska, which formulate the mass median particle diameter, was also validated. Furthermore, the process with the lowest pressure level (20Bar) and the highest melt superheat (300K) has the lowest gas/metal ratio and mean particle size (D50) and particle size distribution similar to the other powders produced.A atomização a gás é a principal rota de processamento de pós para a manufatura aditiva (MA). Este processo produz pós metálicos majoritariamente esféricos e finos, com elevado rendimento na faixa granulométrica para aplicações na MA. Além disso, é um processo de solidificação rápida que garante homogeneidade química e elevado grau de refinamento microestrutural. As ligas ferrosas possuem um grande espectro de propriedades e baixo custo, em que os aços ferramenta são uma classe especialmente importante para aplicações industriais. Esta dissertação produziu pós do aço ferramenta A2 por atomização a gás e avaliou a influência de parâmetros do processo nas características do pó produzido. O levantamento bibliográfico realizado não indicou a existência de um estudo sistemático sobre atomização e MA deste aço. Assim, analisar o processo de atomização a gás deste material é importante para garantir a produção de pós com características adequadas. Utilizando a ferramenta estatística de planejamento de experimentos (DOE), dois parâmetros de processamento foram avaliados: pressão de atomização e o superaquecimento do líquido. As variáveis respostas analisadas foram morfologia, tamanho médio e distribuição do tamanho de partículas, densidade e fluidez. Para caracterizar o pó foram utilizadas as técnicas de difração a laser, peneiramento, microscopia eletrônica de varredura, análise química por EDS, medidas de fluidez por funis de Hall e Carney e densidade por picnometria de Hélio e densidade aparente. O processo de atomização a gás do aço A2 apresentou-se adequado para a produção de pós para aplicações na MA. Também foi validado o modelo proposto por Lubanska que relaciona o diâmetro médio mássico das partículas com os parâmetros do processo. Além disso, o processo com o menor nível de pressão (20 Bar) e maior superaquecimento (300 K) apresentou a menor razão gás/metal além de diâmetro médio das partículas (D50) e distribuição de tamanho de partícula similares aos demais pós produzidos.Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)2020/01452-6porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPGCEMUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessAço AISI A2Atomização a gásPressão de atomizaçãoSuperaquecimentoManufatura aditivaGas atomizationAISI A2 SteelAtomization pressureOverheatingAdditive manufacturingENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAAtomização a gás do aço ferramenta A2: efeito dos parâmetros de processo nas características do póGas atomization of A2 tool steel: effect of process parameters on powder characteristicsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesis6006008cb1c1b0-0807-4073-8a7d-eba0dc29feafreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALLaura Emi Tavoni Mathias - Dissertação.pdfLaura Emi Tavoni Mathias - Dissertação.pdfDissertaçãoapplication/pdf5953815https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/186091d8-d7c8-4483-b3a9-d118f6d14742/downloadf5bf0259c7af16928f3cbc907faac3ecMD51trueAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdfBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdfComprovante autoarquivamentoapplication/pdf317781https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/ad5d4888-c141-4dbb-86fa-15bd776a6f26/download5e8ec9ae2639a0f5cd1d604b5f03a1acMD52falseCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/23d47734-5e31-47c2-8cbc-f3e091dcf497/downloade39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD53falseAnonymousREADTEXTLaura Emi Tavoni Mathias - Dissertação.pdf.txtLaura Emi Tavoni Mathias - Dissertação.pdf.txtExtracted texttext/plain188982https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/1f46d524-1c33-49ef-927e-3274f373723e/download111cec27379fea517777baec0fd95924MD58falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.txtBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.txtExtracted texttext/plain1468https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/19a1364f-4490-4195-9140-991b22ee61b4/download618ceebceeb1f4c9c431bb08a1411990MD510falseTHUMBNAILLaura Emi Tavoni Mathias - Dissertação.pdf.jpgLaura Emi Tavoni Mathias - Dissertação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg3771https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/78846d30-5efc-4baf-8f09-ae1c61866b3c/download0c0ab05a2254f0b8c123e4d699bdcd61MD59falseAnonymousREADBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.jpgBCO carta comprovante autoarquivamento (1).pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg7822https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7f2fb5b4-cc83-4fbc-a93e-8ba0aacc871c/download7e67449306884167941ebd6e21ff74e7MD511false20.500.14289/161862025-02-05 21:25:39.533http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/16186https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-06T00:25:39Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false
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