Fadiga multiaxial em peças fabricadas via manufatura aditiva por deposição a arco via CMT

Abstract

Esse trabalho tem como objetivo avaliar a vida em fadiga de espécimes fabricados pelo processo de Manufatura Aditiva com Deposição a Arco por Transferência de Metal a Frio (Wire and Arc Additive Manufacturing - Cold Metal Transfer – WAAM-CMT). Utilizou-se a liga de aço ER70S-6 para a produção do bloco/ peça matriz, fabricados a partir da superposição de camadas nas orientações 0º e 90º. A partir dessa peça, foram fabricados os corpos de prova, posteriormente submetidos aos ensaios sob carregamentos uniaxiais e multiaxiais (tração-torção em fase) considerando a influência da orientação dos corpos de prova extraídos na direção normal ao plano de deposição (verticais) e as amostras extraídas ao longo do plano de deposição (horizontal). Quatro curvas S-N foram obtidas para os carregamentos de tração-compressão e torção para as direções horizontal e vertical de fabricação dos espécimes. Para os ensaios de tração-compressão, a curva S-N dos corpos retirados na direção vertical ficou bastante abaixo para a obtida com os corpos extraídos na direção horizontal. Nos ensaios de torção, houve um comportamento misto, estando a curva S-N para os corpos na vertical abaixo da curva para os corpos na horizontal até um determinado número de ciclos (em torno de 105 ciclos) e, após esta faixa de vida, os espécimes verticais apresentaram um comportamento superior as amostras horizontais para o carregamento de torção. Para estimar o impacto dos defeitos de fabricação sobre a resistência em fadiga para os carregamentos de tração-compressão e torção, utilizou-se o método da raiz quadrada de área de Murakami. Modelos de fadiga multiaxial baseados na abordagem de plano crítico (Matake, Findley e MWCM) foram então calibrados e implementados para avaliar sua aderência/acuracidade na previsão da vida de componentes fabricados por este processo. Os resultados mostraram que, para os ensaios uniaxiais, o método da raiz quadrada de área forneceu estimativas não conservadoras dos limites de fadiga à tração e à torção para ambas as direções de fabricação. As estimativas de vida para os ensaios multiaxiais em corpos extraídos na direção vertical revelaram que o critério de Matake obteve o melhor desempenho, entretanto com valores excessivamente conservadores, com índice de erro maior que 100%. Para os corpos retirados na direção horizontal, o modelo de MWCM forneceu as melhores estimativas, com índice de erro entre -4,4% e 41,71%. Também foram obtidas estimativas do plano de iniciação das trincas nos ensaios multiaxiais. As análises das superfícies de fratura, por meio de microscopia confocal laser e eletrônica de varredura, mostraram boa concordância com os planos de iniciação estimados pelos modelos multiaxiais.