Avaliação do aço maraging 18Ni300 processado por fusão em leito de pó a laser para aplicação em matrizes de conformação com têmpera simultânea.

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Silva, Bruno Caetano dos Santos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: 18Ni300 Maraging; Aço; Additive manufacturing; Canais conformais; Conformação com têmpera simultânea; Conformal channels; Fracture toughness; Hot stamping; Manufatura aditiva; Tenacidade à fratura
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-16012026-080051/

A manufatura aditiva (MA) tem emergido como uma tecnologia estratégica para superar desafios produtivos na indústria, destacando-se pela capacidade de fabricar componentes com geometrias complexas e funcionalidades otimizadas. No contexto da produção de ferramentais para estampagem a quente ou conformação com têmpera simultânea (CTS), a aplicação da MA, especialmente por meio do processo de fusão em leito de pó a laser (FLP-L), permite a incorporação de canais internos de resfriamento conformais. Essa solução apresenta potencial para promover uma maior uniformidade térmica na matriz, possibilitar uma microestrutura mais homogênea na peça conformada e ampliar a vida útil dos ferramentais. No entanto, a adoção dessa tecnologia em matrizes para CTS ainda demanda investigações sistemáticas. Aspectos críticos permanecem pouco explorados, como: (i) os impactos da MA na precisão geométrica e integridade superficial de canais internos; (ii) o comportamento em fratura de aços ferramenta processados por FLP-L; e (iii) a influência dos canais (retos versus conformais) em matrizes fabricadas por usinagem e MA, mantendo-se constantes os parâmetros geométricos e áreas efetivas de transferência de calor. Além disso, a correlação entre essas variáveis e o desempenho térmico durante o processo de CTS constitui uma lacuna relevante na literatura, exigindo análises combinadas de simulação numérica e validação experimental. Este trabalho propõe uma abordagem integrada para avaliação da rota tecnológica de fabricação de matrizes para CTS por MA, utilizando o aço maraging 18Ni300 processado via FLP-L. A pesquisa foi estruturada em três seções principais: (i) validações preliminares, com o objetivo de confirmar as principais propriedades da matéria-prima e do material processado para os parâmetros e tecnologia de MA adotados; (ii) estudo da impressão de canais internos de seção circular, com foco na avaliação geométrica e rugosidade superficial interna e caracterização microestrutural; e análise da tenacidade à fratura; e (iii) desenvolvimento, simulação numérica e fabricação de três matrizes de CTS: uma matriz usinada em aço H13 com canais retos, uma matriz idêntica impressa em aço maraging 18Ni300 com canais retos, e uma matriz impressa no mesmo material com canais conformais. As matrizes foram testadas em uma linha experimental de CTS, seguidos da calibração dos modelos numéricos e caracterização das chapas estampadas. Os resultados preliminares indicaram que as propriedades mecânicas e microestruturais do aço maraging 18Ni300 processado por FLP-L estão dentro das faixas esperadas para aplicações estruturais, exceto pela ductilidade, que apresentou valores inferiores e elevado desvio padrão. A análise dos canais revelou a redução no seu diâmetro efetivo e elevada rugosidade, associados à ausência de estruturas de suporte durante a impressão. Ensaios de CTOD indicaram redução de até 97% da tenacidade à fratura após o tratamento térmico, evidenciando a fragilização por precipitação de fases intermetálicas. No entanto, os valores de CTOD superam os encontrados em aços H13 convencionalmente aplicados em matrizes. Experimentos de CTS demonstraram que as matrizes manufaturadas aditivamente apresentaram desempenho térmico superior, e que a rugosidade interna influencia significativamente os mecanismos de convecção térmica, sendo um parâmetro crítico no projeto de canais internos.