Título

Polimento a Laser de Componentes de Ti-6Al-4V Fabricados por L-PBF: Controle da Rugosidade Superficial e Impacto nas Propriedades

Laser Polishing of Ti-6Al-4V Components Manufactured by L-PBF: Control of Surface Roughness and Impact on Properties

Autoria

SILVA, DANIEL ALVES; LIMA, MILTON SERGIO FERNANDES DE; SIQUEIRA, RAFAEL; CARVALHO, SHEILA MEDEIROS DE

SILVA, DANIEL ALVES

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LIMA, MILTON SERGIO FERNANDES DE

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SIQUEIRA, RAFAEL

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CARVALHO, SHEILA MEDEIROS DE

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DOI

10.5151/2594-5327-43253

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Resumo

Este trabalho investiga o impacto do polimento a laser de emissão contínua (CW) na rugosidade superficial e nas propriedades mecânicas e físicas de componentes de liga Ti-6Al-4V fabricados por Fusão em Leito de Pó a Laser (L-PBF). As amostras foram produzidas via L-PBF e subsequentemente polidas com laser de fibra de itérbio, variando-se as potências entre 144 W e 160 W sob atmosfera de argônio. A caracterização incluiu análises de rugosidade bidimensional e tridimensional por perfilometria óptica, ensaios de molhabilidade por gota séssil, ensaios de riscamento linear e preparação metalográfica para medição da camada refundida. Os resultados demonstraram uma redução drástica na rugosidade média (Ra), que passou de classes grosseiras (N8/N9) para níveis refinados (N5/N6), com uma atenuação de até 89% no parâmetro Sq na melhor condição (144 W). Observou-se a formação de uma camada refundida média de 70 µm a 94,44 µm e uma transição do comportamento superficial de hidrofóbico para hidrofílico na amostra tratada com 160 W. Os ensaios de riscamento linear indicaram um aumento significativo na resistência ao dano superficial, com a amostra polida a 160 W apresentando um aumento de mais de 400% na dureza ao riscamento sob baixas cargas, atribuído à formação de martensita acicular. A análise microestrutural confirmou a presença de martensita na camada refundida e a ausência de defeitos como trincas ou porosidades. Conclui-se que o polimento a laser é uma técnica eficaz para otimizar o acabamento superficial e as propriedades tribológicas de peças de Ti-6Al-4V fabricadas aditivamente, oferecendo benefícios funcionais e estruturais.

This study investigates the impact of continuous wave (CW) laser polishing on the surface roughness, mechanical, and physical properties of Ti-6Al-4V alloy components manufactured by Laser Powder Bed Fusion (L-PBF). Samples were produced via L-PBF and subsequently polished with an ytterbium fiber laser, with powers varying between 144 W and 160 W under an argon atmosphere. Characterization included two-dimensional and three-dimensional roughness analyses by optical profilometry, sessile drop wettability tests, linear scratch tests, and metallographic preparation for remelted layer measurement. Results demonstrated a drastic reduction in average roughness (Ra), transitioning from coarse (N8/N9) to refined (N5/N6) levels, with an attenuation of up to 89% in the Sq parameter under the best condition (144 W). An average remelted layer ranging from 70 µm to 94.44 µm was observed, along with a transition from hydrophobic to hydrophilic surface behavior in the 160 W treated sample. Linear scratch tests indicated a significant increase in surface damage resistance, with the 160 W polished sample showing over a 400% increase in scratch hardness under low loads, attributed to the formation of acicular martensite. Microstructural analysis confirmed the presence of martensite in the remelted layer and the absence of defects such as cracks or porosity. It is concluded that laser polishing is an effective technique to optimize the surface finish and tribological properties of additively manufactured Ti-6Al-4V parts, offering functional and structural benefits.

Palavras-chave

Modificação de superfícies, lasers, ligas de titânio

Surface modification, lasers, titanium alloys