Fabricação aditiva com a liga Invar 36
Introdução
A liga Invar 36 (4J36) (FeNi36) é classificada como uma liga de baixa expansão e uma liga de precisão. Devido ao seu coeficiente de expansão térmica (CET) extremamente baixo em condições de variação de temperatura, esse tipo de liga é um material indispensável em equipamentos de precisão.
Comparação dos coeficientes de expansão térmica da liga Invar e de outras ligas (valor médio de 20 ℃ a 200 ℃)
Fabricação tradicional da liga FeNi36 (Invar 36)
Os métodos tradicionais de fabricação da liga Invar 36 incluem, principalmente, fundição, forjamento, metalurgia do pó, soldagem e laminação.
No que diz respeito à fabricação de componentes, o método tradicional de fabricação enfrenta dificuldades técnicas.
– Alta tendência ao endurecimento por deformação: Durante o processo de corte, a compressão e o atrito exercidos pela ferramenta de corte sobre a liga Invar causam intensa deformação plástica do metal superficial, resultando em um rápido aumento da dureza. Isso agrava significativamente o desgaste da ferramenta, reduz a eficiência do processamento e pode levar a uma deterioração da qualidade da superfície da peça.
– Sensibilidade à tensão térmica: Esse tipo de liga apresenta uma condutividade térmica extremamente baixa. O calor gerado durante o corte tem dificuldade para ser conduzido e se dissipar rapidamente, e as altas temperaturas localizadas podem causar tensão térmica significativa. É altamente provável que essa tensão térmica leve à deformação incontrolável de peças de precisão, dificultando a manutenção da precisão dimensional na ordem de mícrons.
– Alta força de corte e rápido desgaste da ferramenta: Devido à alta plasticidade e tenacidade da liga Invar 36, as limalhas não se quebram facilmente e tendem a aderir à face de ataque da ferramenta, formando aglomerados de limalhas. Isso não apenas aumenta a força de corte, mas também agrava o desgaste por adesão e o desgaste por difusão da ferramenta, exigindo o uso de ferramentas revestidas com liga dura de alto desempenho.
Composição química do pó de Invar 36 (wt%)
N.º do lote TRUER: 20251124-G
Quando a temperatura aumenta, a expansão causada pela vibração atômica da liga Invar é neutralizada por sua propriedade magnética. Esse efeito é ideal quando o teor de Ni é de 36%. Outra função importante do Ni na liga Invar é atuar como elemento estabilizador da austenita, mantendo a liga Invar na fase austenítica dentro da faixa de temperatura de trabalho e evitando alterações dimensionais causadas pela transformação de fase.
Em alguns estudos destinados a melhorar as propriedades de tração das ligas de Invar, foram introduzidas quantidades mínimas de elementos como Mo, Ti, V, Cr e Nb, como no caso da liga TRUER FeNi42Mo. Embora as ligas tenham se tornado mais resistentes e a faixa de temperatura de operação tenha sido ampliada, isso resultou em um aumento no coeficiente de expansão térmica.
Foto de SEM do pó de Invar 36
A obtenção de grãos mais finos tem um efeito positivo no aprimoramento do desempenho da liga Invar. No entanto, no que diz respeito à modificação da composição, é difícil evitar o compromisso entre ganhos e perdas.
Propriedades físicas do pó de Invar 36
Fabricação aditiva com pó de invar 36
Os principais métodos de manufatura aditiva com pó de Invar 36 incluem a Sinterização Seletiva a Laser (SLS), a Fusão a Laser em Leito de Pó (LPBF), a Deposição Direcionada de Energia (DED), a Manufatura Aditiva por Pulverização a Frio (CSAM) e a Injeção de Adesivo (BJT), entre outros.
Em comparação com a fabricação tradicional, a manufatura aditiva oferece maior controle e flexibilidade sobre a microestrutura. Além disso, a manufatura aditiva permite a produção de componentes complexos, estruturas reticulares, materiais com gradiente e materiais compósitos. A liga Invar 36 fabricada por LPBF, mesmo sem tratamento térmico, apresenta um coeficiente de expansão térmica menor e maior resistência à tração do que a produzida pela fabricação tradicional.
Desempenho das amostras fabricadas por LPBF (na direção transversal)
As ligas de Invar fabricadas por LPBF apresentam notáveis propriedades de tração e desempenho em fadiga de alto ciclo à temperatura ambiente, bem como um CTE comparável ou até mesmo inferior ao das amostras forjadas.
Dentro da faixa de composição padrão, o limite de escoamento da superliga fabricada por manufatura aditiva é influenciado principalmente pelo tamanho do grão, enquanto o coeficiente de expansão térmica é afetado principalmente pela porosidade, composição e tensão residual.
A otimização da densidade energética e o controle do gradiente térmico são de grande importância para refinar a estrutura granular e reduzir a porosidade.
A tensão residual produzida pelo processo de fabricação LPBF pode ter um efeito positivo na redução do CTE. É por isso que a fabricação de ligas de Invar pelo processo LPBF não requer recozimento de eliminação de tensões nem outros tratamentos térmicos.
