Desenvolvimento de Ligas Atomizadas para Engrenagens produzidas por Binder Jetting

Abstract

A Manufatura Aditiva por Jateamento de Aglutinante (Binder Jetting) destaca-se na fabricação de componentes metálicos de geometria complexa, embora a eliminação da porosidade residual por sinterização seja um problema conhecido que exige temperaturas elevadas de consolidação (~1300 a 1380 °C). Diante disso, este trabalho propõe a incorporação de uma liga mestre ternária Fe-Mn-Si (54 wt.% Mn e 14 wt.% Si) como aditivo de baixo ponto de fusão para gerar uma fase líquida transiente capaz de intensificar o transporte de massa e viabilizar a densificação do material em menores temperaturas (~1200 °C). Para validar essa premissa, simulações no Thermo-Calc (base SSOL5) orientaram o projeto da liga mestre, cujos efeitos foram avaliados experimentalmente a 1200 °C por meio de duas rotas: (1) a sinterização em leito livre assistida por fase líquida transiente via mistura de pós (5 e 10 wt.% de aditivo) e (2) a infiltração do corpo de prova impresso, seguidas de caracterização por microscopia óptica, MEV-EDS, análise digital de imagens e microdureza Vickers. Os resultados computacionais indicaram que a adição de Mn e Si reduz a temperatura Ae3 no equilíbrio para até 642 °C e retarda a formação de ferrita-δ, resultando em uma matriz de menor dureza. Experimentalmente, a adição de 10 wt.% de liga mestre na mistura reduziu a porosidade fina para 10,69%, embora tenha gerado porosidade secundária por aglomeração e compensação de retração, ao passo que a rota de infiltração demonstrou excelente molhamento e preenchimento dos poros intercomunicantes, atingindo densificação relativa de ~98% nas regiões preservadas. Dessa forma, conclui-se que as abordagens propostas evidenciam potencial para contornar as limitações de densificação de componentes fabricados por Binder Jetting em temperaturas abaixo de 1300 °C, destacando-se a adição de um material formador de fase líquida transiente durante a sinterização ou a infiltração do material manufaturado aditivamente como alternativas técnicas promissoras para a obtenção de componentes em aço 17-4 PH via Binder Jetting com densificação de interesse tecnológico.