Superligas Flashcards
Características
–>Ligas para utilização a altas temperaturas (t>500 ºc):
–>Resistência à corrosão
–>Resistência à oxidação
–>Resistência à fluência
–>Manutenção da resistência mecânica a temperaturas elevadas
–>Tenacidade–>Garantir que falha das peças não ocorre
–>Tem de ter propriedades que lhe permitam ser usadas a alta temperatura e em ambientes agressivos
Ligas Forjadas vs Ligas Fundidas
Ligas Forjadas
Têm uma microestrutura mais uniforme
–>TG mais finos –>Resistência à tração e à fadiga superiores
Ligas Fundidas
–>Apresentam segregações de elementos liga
–>TG grosseiro –>Melhor resistência à fluência.
Ligas Ni -Cr-Al-Ti
O que faz adição de Ti e Al ao parametro de malha
–>O comportamento das superligas de níquel é explicado pela presença da fase ϒ’ - Ni3(Al, Ti)–> Composto intermetálico–>Dá resistência à fluência e estabilidade das propriedades a alta temperatura
–>Uma liga moderna tem entre 60 a 85% de ϒ’.
–>A matriz de níquel, fase ϒ, serve de ligante entre as partículas de ϒ’.
–>y’’ endurecidas por Nb
–>Presença da fase ϒ’ depende da composição química–>Posição dos átomos idêntica
Estrutura odenada–>Estrutura diferente –>O que garante a estabilidade é o tipo de interface entre as duas fases
–>Grão cresce a elevada temperatura e precipitados também–>Não se transforma a alta temperatura muito estável–>Interface entre Y e Y’ é quase coerente –>Adicionar Ti e Al que minimize diferença de parâmetro de malha entre as duas fases–>Interface coerente para tamanho de grão e precipitados não aumentar
Tratamentos térmicos
–>Para uma dada composição química, a fração de γ’ diminui à medida que a temperatura aumenta
–>Este fenômeno é usado para dissolver o γ’ a uma temperatura suficientemente alta
–>Um tratamento de solubilização a alta temperatura –>Seguido de envelhecimento a uma temperatura mais baixa para obter uma dispersão uniforme e fina de precipitados de reforço
Estabilidade da estrutura
–>Os precipitados, finos e densamente distribuídos tendem a crescer, tornando se mais grosseiros, para baixar a energia interfacial
–>Estruturas mais grosseiras diminuem a resistência das ligas
–>Os precipitados de γ’ são completamente coerentes com a matriz de Ni
–> A energia interfacial é quase igual a zero
–> A estrutura é muito estável a altas temperaturas
–> Se a interface fosse quase coerente à Einterfacial=0 –>Não há força motora para se formarem estruturas mais grosseiras
–>Carbonetos são as segundas fases mais importantes que se podem formar Endurecem a liga e alojam-se nas Fronteiras de grão e limitam o movimento das FG
Comportamento a alta temperatura
O que acontece à tensão de cedência com aumento da temperatura?
–>A tensão de cedência aumenta com a temperatura
–>O grau de ordem da estrutura da fase y’ Ni 3 Ti,Al aumenta com a temperatura
–>Fase ortorrômbica é importante nas ligas deformada a quente –>Aumenta fase beta e permite deformação mais fácil durante arrefecimento
–>y’ diminui–>Endurecimento diminui–>Endurecimento provem do deslizamento e da estrutura
Carbonetos (MC, M23 C6 , M 6C e M 7 C 3 )
Importância
–>São as fases secundárias mais importantes das superligas de Ni
–>Outras fases são as fases ordenadas y’’ - Ni3Nb (tetragonal de corpo centrado), Ni3Ti e Ni3Nb (ortorrômbico).
–>Carbonetos muito importantes –>Endurecem a liga –>Bloqueiam juntas de grão–>Limitam movimento das FG–>Partículas frágeis que podem diminuir quantidade na matriz
Comportamento a alta temperatura elementos químicos
Ti, Al –>Endurecimento por precipitaç ão através da fase y’ Ni 3 Al,Ti
Nb –>Endurecimento por precipitaç ão através da fase y’’ Ni 3 Nb (TCC)
Cr –>Aumenta a resistência à corrosão e oxidação, endurecimento por s s da matriz de Ni
Co –>Dissolve se no Ni e –> limita a solubilidade do Al no Ni e promove a formação de y’ melhora a estabilidade a alta temperatura e a resistência à corrosão e oxidação
C –>Forma carbonetos que tendem a precipitar nas FG –>Reduzem a tendência de deslizamento da FG
Mo, W –>Endurecimento por ss da matriz de Ni
Ta –>Endurecimento por ss da fase y’
B –>Promove adesão das interfaces matriz/precipitado impedindo a cavitação a alta temperatura, melhora a resistência à fluência O Zr também aumenta a adesão
Hf –>Teores <0,5% melhoram a ductilidade a alta temperatura
Y–> Promove a adesão do óxido ao metal de base, o que aumenta a resistência à oxidação
Re–>Teores da ordem dos 3 aumentam consideravelmente a temperatura de trabalho (pode atingir 6%)
–>Limitar crescimento de grão é importante para aumentar resistência à fluência
–>Industria nuclear
–>Industria de resolução de energiaReatores
Microestrutura
O que permitem monocristais em termos de R.fluencia, à oxidação e à fadiga?
–>Melhores propriedades
–>Ligas com baixo teor em inclusões–>Ligas mais puras –>Fornecem outros tipos de interfaces
Controle microstrutural por solidificação direcionada –>Monocristais–>Perimite eliminar FG–>Ter propriedades superiores em R.fluencia, R.rotura,R.fadiga
Revestimentos
–>Revestimento MCrAlY por PVD(100 200 μm)–>Elementos que fazem parte da composição Ferro,Ni,Co–>Serve de base para revestimento cerâmico
–>Revestimentos cerâmicos isolantes–>Expostas a TAs muito altas, uma maneira de limitar Tª
Revestimento isolante –>Calor não transmitido desde ambiente de trabalho até às ligas
Temperatura de Serviço
–>Desenvolvimento das ligas de níquel permitiu um aumento da temperatura de serviço em cerca de 400 ºC, para quase 1200 ºC–>Motores trabalhar a Tª mais elevada e materiais duram mais tempo
Este aumento envolveu quatro estágios de desenvolvimento em materiais e em tecnologias de fabricoAssociado ao controlo da microestrutura –>Feito por fundição:
–>Ligas forjadas; –>Ligas vazadas; –>Solidificação direcional, –>Para eliminar problemas de fluência associados a fronteiras de grãos –>Monocristais
Produção monocritais
Utiliza se o processo de Bridgman –>aplicando um elevado gradiente térmico ao metal durante a solidificação.
–>A solidificação ocorre num forno de câmara dupla
–>O molde é aquecido a alta temperatura na câmara superior e o metal fundido em vácuo é vazado
–>A solidificação inicia se a partir da base fria e progride para o topo do molde
–> Os grãos nucleiam com orientações aleatórias
–>Grãos com direção de crescimento preferencial normal à superfície fria têm uma velocidade de crescimento mais alta e excluem os outros grãos
Direção de maior R.Mec
–>Direção de maior resistência mecânica é aquela em que a carga mecânica é mais alta
–>grãos com direção de crescimento no sentido de escoamento de calor–>Crescem mais rápido
–>À medida que a solidificação progride o molde é retirado lentamente da zona quente e movido para a zona fria (a câmara inferior), de forma a manter o elevado gradiente térmico e o crescimento direcional
Monocristais permitem
Para 2 tipos de resistência
A fim aumentar ainda mais a resistência à fluência e à fratura foi desenvolvida a tecnologia de produção de monocristais (SX)
->Sem F G é possível eliminar o C e o B da composição da liga
Solidificação Direcional
Com a solidificação direcional DS) obtêm se microestruturas com um número insignificante de G transversais
–>Quase todos os grãos são alongados na direção da carga aplicada
–>São estruturas com maior resistência à fluência e à rotura mas também à fadiga aumentos de temperatura de 23ºC na resistência à fluência e de cerca de 10 × na vida em fadiga
