Influência do estado triaxial de tensões na fratura da liga TI6AL4V manufaturada via fusão por feixe de elétrons

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Sartor, Tiago
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFABC
Texto Completo: http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121877
Resumo: Coorientador: Prof. Dr. Reyolando Manoel Lopes Rebello da Fonseca Brasil
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spelling Influência do estado triaxial de tensões na fratura da liga TI6AL4V manufaturada via fusão por feixe de elétronsTRIAXIALIDADEFRATURASMANUFATURA ADITIVATi6Al4VTRIAXIALITYFRACTURESADDITIVE MANUFACTURINGPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA - UFABCCoorientador: Prof. Dr. Reyolando Manoel Lopes Rebello da Fonseca BrasilOrientador: Prof. Dr. Rafael Celeghini SantiagoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, São Bernardo do Campo, 2019.O desenvolvimento de processos de manufatura aditiva, como impressão por feixe de elétrons (EBM), está alinhado com a atual necessidade de otimização, redução de custos e tempo de desenvolvimento da indústria; permitindo a construção de protótipos com resistência mecânica equivalente e de produtos finais personalizados. Nesse contexto, o uso da liga Ti6Al4V para fabricação de próteses tem sido crescente devido à sua biocompatibilidade e elevada resistência. No entanto, para esse fim, o conhecimento profundo do comportamento do material, assim como sua condição limite de utilização (ou falha) devem ser exploradas. Dessa forma, este trabalho objetiva a caracterização de amostras impressas via EBM realizada a partir de avalições micro estrutural, de dureza e rugosidade e a realização de ensaios mecânicos para obtenção de comportamento mecânico e condição de falha (triaxialidade). Foi observado que o material apresenta porosidade em torno de 2,7%, rugosidade média (Ra) de 15,6 m e uma microestrutura lamelar composta pelas fases primária e secundária na matriz da fase . Adicionalmente ensaios de tração em amostras padrão (ASTM A370, 2008) foram realizados utilizando a técnica da correlação digital de imagens, sendo possível identificar as propriedade mecânicas básicas do material impresso e os parâmetros constitutivos elasto-plásticos que determinam o comportamento do material impresso. Os ensaios realizados indicaram uma tensão de escoamento média em torno de 786 Mpa e tensão real máxima de 941 Mpa (ruptura), com um alongamento à fratura de 8,9%. Para identificar o comportamento da falha do material em diferentes condições de triaxialidade, sete diferentes geometrias foram desenvolvidas, impressas via EBM e testada até a falha. Simulações numéricas foram realizadas a fim de corroborar os resultados experimentais, sendo possível identificar a condições de ruptura do material sobre uma ampla faixa de triaxialidade de -0,28 a 0,91. Por fim, os parâmetros constitutivos e de falha foram avaliados a partir de avaliação numérica da falha de um corpo de prova de formato complexo até condição de ruptura, resultando em uma correlação de 91,9% entre resultados numéricos e experimentais em termos de deformação a fratura, apesar de ser evidenciada a necessidade de uma caracterização do material quando impresso em diferentes direções (anisotropia). Desta forma, o levantamento das propriedades mecânicas da liga Ti6Al4V fabricada via EBM, possibilitou a obtenção de um conjunto de parâmetros constitutivos do material capaz de representa-lo de forma mais verossímil em ambiente numérico. Além disso, este trabalho também sugere uma metodologia que pode ser aplicada para caracterização/previsão de falha em diferentes materiais metálicos, resultado em uma representação mais realística desta.The development of additive manufacturing processes such as Electron Beam Melting (EBM) is in line with the current need for optimization, cost reduction and industry development time; enabling the construction of prototypes with equivalent mechanical strength and customized end products. In this context, the use of Ti6Al4V alloy for prosthesis manufacturing has been increasing due to its biocompatibility and high strength. However, to this end, in-depth knowledge of the material's behavior as well as its use (or failure) condition must be explored. Thus, this work aims the characterization of samples printed trough EBM performed with a microstructural, hardness and roughness evaluation of and mechanical tests to obtain mechanical behavior and failure condition (triaxiality). It was observed that the material has porosity around 2.7%, average roughness (Ra) of 15.6 m and a lamellar microstructure composed by primary and secondary phases in phase matrix. Additionally, tensile tests on standard samples (ASTM A370, 2008) were performed using the digital image correlation technique, and it was possible to identify the basic mechanical properties of the printed material and the constitutive elastoplastic parameters that determines the behavior of the printed material. The tests indicated an average yield stress around 786 Mpa and maximum real stress of 941 Mpa (rupture), with an elongation to fracture of 8.9%. To identify material failure behavior under different triaxiality conditions, seven different geometries were developed, printed trough EBM and tested until failure. Numerical simulations were performed in order to corroborate with the experimental results, being possible to identify the material rupture conditions over a wide triaxiality range from -0.28 to 0.91. Finally, the obtained constitutive and failure parameters were evaluated in numerical simulations of a complex shaped specimen in its rupture condition, showing a 91.9% correlation between numerical and experimental results in terms of deformation to fracture, despite the need of a printed material characterization in different directions (anisotropy). Thus, the survey of the mechanical properties of the Ti6Al4V alloy manufactured through EBM, allow to obtain a set of constitutive parameters of the material capable to represent it in a more realistic way in numerical environment. In addition, this work also suggests a methodology that can be applied for failure characterization / prediction in different metallic materials, resulting in a more realistic representation of it.Santiago, Rafael CeleghiniBrasil, Reyolando Manoel Lopes Rebello da FonsecaDel Conte, Erik GustavoNoritomi, Pedro YoshitoSartor, Tiago2019info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdf107 f. : il.http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121877http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121877&midiaext=78703http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=121877&midiaext=78702Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.br/php/capa.php?obra=121877porreponame:Repositório Institucional da UFABCinstname:Universidade Federal do ABC (UFABC)instacron:UFABCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2022-03-21T15:15:45Zoai:BDTD:121877Repositório InstitucionalPUBhttp://www.biblioteca.ufabc.edu.br/oai/oai.phpopendoar:2022-03-21T15:15:45Repositório Institucional da UFABC - Universidade Federal do ABC (UFABC)false
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