{"id":8388,"date":"2024-10-18T14:00:23","date_gmt":"2024-10-18T06:00:23","guid":{"rendered":"https:\/\/am-material.com\/?p=8388"},"modified":"2024-10-18T14:08:23","modified_gmt":"2024-10-18T06:08:23","slug":"effect-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-lpbf-cucrzr","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/am-material.com\/pt\/news\/effect-of-heat-treatment-on-microstructure-and-mechanical-properties-of-lpbf-cucrzr\/","title":{"rendered":"Efeito do tratamento t\u00e9rmico na microestrutura e nas propriedades mec\u00e2nicas do LPBF CuCrZr"},"content":{"rendered":"
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Liga de CuCrZr (C18150) <\/strong>\u00e9 uma liga de endurecimento por precipita\u00e7\u00e3o conhecida por suas altas propriedades mec\u00e2nicas, t\u00e9rmicas e el\u00e9tricas. A liga \u00e9 amplamente utilizada em dispositivos de troca de calor e no campo da fus\u00e3o nuclear.<\/p>

\u00a0<\/p>

Liga CuCrZr<\/strong> \u00e9 uma liga muito atraente que pode substituir o cobre puro em muitas aplica\u00e7\u00f5es, com Cr na faixa de 0,5 wt% a 1,2 wt%, Zr na faixa de 0,03 wt% a 0,3 wt%. E \u00e9 mais f\u00e1cil de fabricar, em compara\u00e7\u00e3o com o cobre puro, por meio da tecnologia de manufatura aditiva baseada em laser, que tem propriedades mec\u00e2nicas superiores e garante uma condutividade t\u00e9rmica suficientemente alta que \u00e9 considerada uma alternativa eficaz ao cobre puro em muitas aplica\u00e7\u00f5es.<\/p>

\u00a0<\/p>

Para forjados Liga CuCrZr<\/strong>O recozimento por solu\u00e7\u00e3o e o endurecimento por envelhecimento s\u00e3o os principais tratamentos t\u00e9rmicos que podem ser realizados, enquanto o recozimento por solu\u00e7\u00e3o pode ser ignorado no caso das ligas LPBF CuCrZr.<\/p>

\u00a0<\/p>

Recozimento de solu\u00e7\u00e3o<\/strong>: Esse tratamento \u00e9 realizado aquecendo-se o material em uma atmosfera protetora inerte (geralmente Ar) acima de 900\u00b0C por 30 minutos ou v\u00e1rias horas. Em seguida, o material \u00e9 resfriado rapidamente em \u00e1gua ou ar para supersaturar a matriz de cobre com Cr e Zr. No caso de pe\u00e7as LPBF, esse tratamento j\u00e1 est\u00e1 conclu\u00eddo durante o processo LPBF, pois a po\u00e7a de fus\u00e3o esfria r\u00e1pido o suficiente para agir como uma t\u00eampera e produzir uma microestrutura supersaturada. As pe\u00e7as recozidas em solu\u00e7\u00e3o s\u00e3o muito macias e as propriedades mec\u00e2nicas s\u00e3o muito fracas, n\u00e3o podendo ser consideradas como um tratamento t\u00e9rmico separado.<\/p>

Endurecimento por idade<\/strong>: Normalmente, esse tratamento segue o recozimento da solu\u00e7\u00e3o e \u00e9 realizado em temperaturas mais baixas por um per\u00edodo de tempo mais longo (normalmente de 400\u00b0C a 600\u00b0C, at\u00e9 6 horas em um ambiente inerte (Ar, v\u00e1cuo, N2 e, \u00e0s vezes, tamb\u00e9m em atmosfera de H2). Esse tratamento \u00e9 projetado para permitir a precipita\u00e7\u00e3o controlada de fases intermet\u00e1licas duras em materiais supersaturados para produzir compostos bin\u00e1rios ou tern\u00e1rios de Cu, Cr e Zr.<\/p>

\u00a0<\/p>

Neste trabalho, apenas endurecimento por envelhecimento<\/strong> com a temperatura fixada em 550 \u00b0C, tr\u00eas dura\u00e7\u00f5es diferentes foram verificadas. O objetivo era entender como a dura\u00e7\u00e3o do tratamento t\u00e9rmico afeta o material e se o tratamento de endurecimento por envelhecimento \u00e9 aplic\u00e1vel para atender aos requisitos mec\u00e2nicos do CuCrZr usando manufatura aditiva para componentes de reatores de fus\u00e3o.<\/p>

\u00a0<\/p>

O composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica, distribui\u00e7\u00e3o de tamanho de part\u00edcula (PSD) e formato de part\u00edcula dos p\u00f3s<\/strong> usado neste estudo \u00e9 mostrado no certificado abaixo:<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Neste estudo, as amostras usadas para investiga\u00e7\u00e3o foram impressas em geometrias quase em forma de rede. Em seguida, a amostra foi usinada para remover a pele \u00e1spera e colocar a amostra na geometria correta para os testes de dureza.<\/p>

\u00a0<\/p>

A otimiza\u00e7\u00e3o dos par\u00e2metros \u00e9 realizada para obter a maior densidade de amostras com a combina\u00e7\u00e3o de espa\u00e7amento de varredura (na faixa de 0,06-0,1 mm), velocidade do laser (de 350 a 650 mm\/s) e pot\u00eancia do laser mantida em 370 W, a largura da faixa fixada em 5 mm e a espessura da camada fixada em 0,03 mm para todas as camadas. Em cada camada, a dire\u00e7\u00e3o das listras muda com uma rota\u00e7\u00e3o de 67\u00b0. A orienta\u00e7\u00e3o vertical neste projeto \u00e9 a mesma que a orienta\u00e7\u00e3o do edif\u00edcio. Diagramado em Figura 1<\/strong>:<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 1. Diagrama esquem\u00e1tico do processo de manufatura aditiva<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Foram feitos 40 cubos (10 mm x 10 mm x 10 mm) com diferentes combina\u00e7\u00f5es de espa\u00e7amento e velocidade de varredura. Sua densidade \u00e9 ent\u00e3o medida pelo m\u00e9todo de Arquimedes.<\/p>

As amostras as-built foram tratadas por tr\u00eas endurecimento por envelhecimento<\/strong> a 550 \u00b0C por 1 h, 3 h e 6 h em uma atmosfera de nitrog\u00eanio com uma inclina\u00e7\u00e3o de aquecimento e resfriamento de 150 \u00b0C\/h (resfriamento em um forno e em uma atmosfera protetora).<\/p>

\u00a0<\/p>

O histograma em Figura 2<\/strong> mostra a densidade relativa m\u00e9dia de todas as combina\u00e7\u00f5es dos par\u00e2metros do processo de estudo medidos pelo m\u00e9todo de Arquimedes. A densidade de refer\u00eancia \u00e9 igual a 8,8869 g\/cm3. Esse valor \u00e9 ent\u00e3o usado para calcular a densidade relativa da amostra fabricada aditivamente.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 2. A densidade relativa das amostras em fun\u00e7\u00e3o dos par\u00e2metros do processo<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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A maior densidade relativa (99,15%) foi obtida com o seguinte conjunto de par\u00e2metros de processo: pot\u00eancia do laser de 370 W, espa\u00e7amento de varredura (dist\u00e2ncia de hachura) de 0,07 mm, velocidade de varredura de 450 mm\/s e largura da faixa de 5 mm. Em um espa\u00e7amento de varredura de 0,07 mm, n\u00e3o houve altera\u00e7\u00e3o significativa na densidade relativa com diferentes velocidades de varredura.<\/p>

Um espa\u00e7amento de varredura de 0,06 mm n\u00e3o \u00e9 bom para a densidade, resultando em valores de densidade na faixa de 98-98,5%. Isso pode ser devido ao ac\u00famulo de calor que leva ao superaquecimento, o que reduz a densidade final.<\/p>

\u00a0<\/p>

Figura 3<\/strong> mostra a microestrutura das amostras ap\u00f3s 1h e 6h de tratamento de envelhecimento. Isso mostrou que a dura\u00e7\u00e3o mais longa do endurecimento por envelhecimento n\u00e3o alterou as caracter\u00edsticas microestruturais que podem ser observadas em amplia\u00e7\u00f5es baixas, em compara\u00e7\u00e3o com a dura\u00e7\u00e3o de 1h e 6h.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 3. Microestruturas das amostras de 1h e 6h<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 4<\/strong> mostra micrografias de MEV da amostra 6h. Muitas part\u00edculas circulares podem ser vistas (especialmente na Figura 5c) em gr\u00e3os colunares, que podem ser part\u00edculas nanoendurecidas. Uma investiga\u00e7\u00e3o mais aprofundada por EDS para esses precipitados de tamanho nanom\u00e9trico mostrou que s\u00e3o pequenos precipitados de Cr ou Zr de alguns a 50 nan\u00f4metros uniformemente dispersos dentro do material.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 4 Imagens de el\u00e9trons secund\u00e1rios do SEM em diferentes amplia\u00e7\u00f5es ap\u00f3s envelhecimento a 550 \u00b0C por 6 h<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Tamb\u00e9m foram observados defeitos nas amostras estudadas. Figura 5<\/strong> mostra alguns defeitos t\u00edpicos das pe\u00e7as AM, como a falta de fus\u00e3o (LoF) e a porosidade criada principalmente pelo aprisionamento de g\u00e1s.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 5 Defeitos encontrados na se\u00e7\u00e3o transversal da amostra as-built da LPBF<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 6<\/strong> s\u00e3o os valores de microdureza Vickers para amostras constru\u00eddas e tratadas termicamente. \u00c9 f\u00e1cil entender que a dureza \u00e9 mais baixa nas condi\u00e7\u00f5es de constru\u00e7\u00e3o em compara\u00e7\u00e3o com as amostras envelhecidas: 1 hora de envelhecimento a 550 \u00b0C melhora significativamente essa dureza (165 HV, o dobro do valor de 84 HV nas amostras de constru\u00e7\u00e3o). Ap\u00f3s 3 horas de envelhecimento, a dureza da amostra come\u00e7ou a diminuir (m\u00e9dia de 144 HV) e, ap\u00f3s 6 horas de tratamento, o material amoleceu ainda mais, mas, nesse caso, tamb\u00e9m houve uma melhora em rela\u00e7\u00e3o ao estado como constru\u00eddo. Isso significa que a dura\u00e7\u00e3o de 6 horas \u00e9 muito longa, resultando no engrossamento dos precipitados. Pode-se observar que 1 hora j\u00e1 \u00e9 eficaz para aumentar a dureza do material em compara\u00e7\u00e3o com as condi\u00e7\u00f5es de constru\u00e7\u00e3o. Isso significa que o material foi submetido a um envelhecimento excessivo ap\u00f3s 1 hora.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Figura 6 Valores de microdureza Vickers para amostras como constru\u00eddas e envelhecidas<\/strong><\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Em resumo, do ponto de vista mec\u00e2nico, o tratamento de envelhecimento \u00e9 promissor para a melhoria das propriedades mec\u00e2nicas da liga LPBF CuCrZr. Mas \u00e9 preciso fazer algumas pesquisas para encontrar a combina\u00e7\u00e3o pr\u00e9via de propriedades do p\u00f3, par\u00e2metros LPBF e processo de envelhecimento.<\/p>\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

CuCrZr (C18150) alloy is a precipitation-hardening alloy known for its high mechanical, thermal, and electrical properties. The alloy is widely used in heat exchange devices and in the field of nuclear fusion. \u00a0 CuCrZr alloy is a very attractive alloy that can replace pure copper in many applications, with Cr in the range of 0.5 […]<\/p>\n","protected":false},"author":5,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"default","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","ast-disable-related-posts":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"set","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-opacity":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"post_folder":[],"class_list":["post-8388","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=8388"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":8399,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/8388\/revisions\/8399"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=8388"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=8388"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=8388"},{"taxonomy":"post_folder","embeddable":true,"href":"https:\/\/am-material.com\/pt\/wp-json\/wp\/v2\/post_folder?post=8388"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}