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Publicação
Maraging Steel Fabricated via Directed Energy Deposition: Process Parameters Development and Study of the Post-Deposition Aging Heat Treatment
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
The additive manufacturing of Maraging Steels using Directed Energy Deposition Arc
(DED-Arc) offers significant potential for producing high-strength and tough components
making it attractive for aerospace and tooling applications. However, their precipitation hard-
ening nature and high alloy content make them extremely sensitive to thermal cycles, leading
to heterogeneous microstructures and anisotropic properties, which limits industrial adoption.
In this work, a Design of Experiments (DoE) method was applied to optimize deposition
parameters (voltage, wire feed speed, and travel speed) based on arc stability, checked through
voltage signal analysis. After optimization, a conventional aging heat treatment (480 °C for 5
h) was performed to promote precipitation hardening. Mechanical properties were assessed
through uniaxial tensile testing, complemented by optical microscopy and fractography.
The optimized process parameters yielded an arc stability of up to 96%, enabling con-
sistent, defect free deposits. As-built samples exhibited anisotropy, with vertical specimens
outperforming horizontal ones in strength and ductility. Aging treatment significantly im-
proved mechanical properties and reduced anisotropy, with mean ultimate tensile strength
reaching 1650 MPa. Microstructural analysis revealed a martensitic matrix with reverted aus-
tenite and precipitation hardening after aging.
These results demonstrate that the combined optimization of deposition parameters and
standard aging treatment enables the production of high-performance maraging steel com-
ponents using the DED-Arc process.
A fabricação aditiva de aços Maraging com o processo Directed Energy Deposition Arc (DED-Arc) tem grande potencial para a produção de componentes com elevada resistência e tenacidade, sendo uma atrativa para aplicações aeroespaciais e de moldes. No entanto, a sua natureza de endurecimento por precipitação e o elevado teor de liga tornam estes aços extremamente sensíveis a ciclos térmicos, conduzindo à formação de microestruturas heterogéneas e propriedades anisotrópicas, o que limita a sua adoção industrial. Neste trabalho, aplicou-se a metodologia de Design of Experiments (DoE) para otimizar os parâmetros de deposição (tensão, velocidade de alimentação e de avanço), com base na estabilidade do arco elétrico, avaliada através da análise do sinal de tensão. Após a otimização, realizou-se um tratamento térmico de envelhecimento convencional (480 °C durante 5 h) para promover o endurecimento por precipitação. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração uniaxial, complementados por microscopia ótica e fractografia. Os parâmetros otimizados permitiram atingir estabilidade do arco de até 96%, obtendo depósitos consistentes e isentos de defeitos. As amostras “as-built” apresentaram anisotropia, com provetes verticais exibindo melhores valores de resistência e ductilidade que os horizontais. O envelhecimento melhorou significativamente as propriedades mecânicas e reduziu a anisotropia, atingindo resistência à tração média de 1650 MPa. A análise microestrutural revelou matriz martensítica com austenite revertida e endurecimento por precipitação. Os resultados demonstram que a combinação entre a otimização dos parâmetros de deposição e o tratamento térmico de envelhecimento padrão permite produzir componentes de aço maraging de elevado desempenho pelo processo DED-Arc.
A fabricação aditiva de aços Maraging com o processo Directed Energy Deposition Arc (DED-Arc) tem grande potencial para a produção de componentes com elevada resistência e tenacidade, sendo uma atrativa para aplicações aeroespaciais e de moldes. No entanto, a sua natureza de endurecimento por precipitação e o elevado teor de liga tornam estes aços extremamente sensíveis a ciclos térmicos, conduzindo à formação de microestruturas heterogéneas e propriedades anisotrópicas, o que limita a sua adoção industrial. Neste trabalho, aplicou-se a metodologia de Design of Experiments (DoE) para otimizar os parâmetros de deposição (tensão, velocidade de alimentação e de avanço), com base na estabilidade do arco elétrico, avaliada através da análise do sinal de tensão. Após a otimização, realizou-se um tratamento térmico de envelhecimento convencional (480 °C durante 5 h) para promover o endurecimento por precipitação. As propriedades mecânicas foram avaliadas por ensaios de tração uniaxial, complementados por microscopia ótica e fractografia. Os parâmetros otimizados permitiram atingir estabilidade do arco de até 96%, obtendo depósitos consistentes e isentos de defeitos. As amostras “as-built” apresentaram anisotropia, com provetes verticais exibindo melhores valores de resistência e ductilidade que os horizontais. O envelhecimento melhorou significativamente as propriedades mecânicas e reduziu a anisotropia, atingindo resistência à tração média de 1650 MPa. A análise microestrutural revelou matriz martensítica com austenite revertida e endurecimento por precipitação. Os resultados demonstram que a combinação entre a otimização dos parâmetros de deposição e o tratamento térmico de envelhecimento padrão permite produzir componentes de aço maraging de elevado desempenho pelo processo DED-Arc.
Descrição
Palavras-chave
DED-Arc Maraging Steel Deposition Parameters Heat treatment DoE