Seleção de Materiais

Transcrição

1 METAIS Ferrosos Ligas de Aluminio Superligas - Aços carbono - Al puro - ligas Fe-Ni - Aços ferramenta - Al-Cu - ligas Ni - Ferros fundidos - Al-Mg - Ligas Co - Aços inoxdáveis - Al-Si Elevada resistência Baixa densidade, Resistência a alta T Baixo custo resistêntes e ducteis

2 Correlação entre as propriedades de alguns aços e outros materiais Endurecidos por precipitação e temperaveis Austeníticos Aços baixo carbono e não ligados Martensíticos e ferriticos

3 Aços inoxidáveis: The figure below provides a map of the compositional and property linkages to the family of stainless steel alloy. - ferríticos - austeníticos - martensíticos - duplex - endurecidos por precipitação

4 Aços inoxidáveis - Propriedades Typical Tensile Properties of Annealed Materials Typical elongations of annealed materials on fabrication.

5 Aços inoxidáveis - Propriedades

6 Aços inoxidáveis efeito do encruamento

7 Superligas projetadas para atender a solicitações de temperatura a que os aços inoxidáveis não conseguiam responder, quer em termos de resistência a oxidação e corrosão, resistência mecânica e resistência ao desgaste. utilizadas a temperaturas acima de 540 C - Superligas Fe-Ni são uma extensão dos aços inoxidáveis e tipicamente se utilizam na forma trabalhada (placas, chapas, tupos, etc.) - Superligas à base de Ni e de Co podem ser utilizadas na forma de produtos trabalhados ou fundidos, dependendo da aplicação e da composição da liga.

8 Propriedades dependem de: Composição química Processamento: Fundição e conformação A maioria dos produtos fundidos são policristalinos equiaxiais (PC) ou solidificados direccionalmente (DS). Componentes fundidos são intrinsicamente mais resistêntes a altas temperaturas que os trabalhados. De fato a composição dos componentes fundidos pode ser manipulada para que se obtenham propriedades especiais. Mecanismo de endurecimento: - Solução sólida - Precipitação de fases intermetálicas - Presença de carbonetos - Encruamento a baixas temperaturas

9 Ligas de Co: Ponto de fusão mais elevado que as ligas de Ni ou Fe, o que permite que absorver tensões a temperaturas mais elevadas. Apresentam melhor resistência a corrosão a quente (em atmosferas das turbinas a gás), devido ao maior teor de Cr. Apresentam melhor resistência a fadiga térmica e melhor soldabilidade que as ligas de Ni

10 Ligas de Ni: - Aplicações que requerem resistência a corrosão ou a resisência a temperaturas elevadas. - Algumas ligas de Ni estão entre os mais estruturais mais resistentes/tenazes - Em relação ao aço as ligas de Ni apresentam resistência mecânica super elevada, elevados limites de proporcionalidade e elevado modulo de elasticidade. - A temperaturas criogênicas são ligas resistêntes e ducteis - A adição de carbono pode aumentar a temperatura de trabalho de 1000C para 1200C

11 Ligas de Ni efeito da distribuição de precipitados (γ )

12 Resistência a fratura de ligas de Ni e de Co (1000h) Ligas de NI Ligas de Co

13 Ligas de Co e de Ni

14 Ligas de Co Ligas de Ni Superligas Para trabalhar a temperaturas elevadas > 540 C

15 Aplicação mais frequente: turbinas

16

17 Classificação e comportamento das superligas Tensão de ruptura das superligas Ligas Ni e Fe-Ni endurecidas por precipitação Ligas de Co reforçadas por carbonetos Ligas Fe-Ni, Ni e Co endurecidas por SS

18 Resistência a fratura de ligas de Ni e de Co (1000h) Ligas de Ni Fase coerente `aumenta a resistência Ligas de Co

19 Temperaturas de serviço Resistência a fratura Correlação com outros ligas

20 Superligas: Alta resistência a temperaturas elevadas Boa resistência a corrosão e oxidação a temperaturas elevadas Boa resistência a fluência e a ruptura a temperaturas elevadas 3 classes: Ni-Fe Ni Co - Superligas Fe-Ni são uma extensão dos aços inoxidáveis e tipicamente se utilizam na forma trabalhada (placas, chapas, tupos, etc.) - Superligas à base de Ni e de Co podem ser utilizadas na forma de produtos trabalhados ou fundidos, dependendo da aplicação e da composição da liga. Aplicações estruturais e como revestimentos

21 O que determina as propriedades das ligas de Co e de Ni?

22 Propriedades dependem de: Composição química Processamento Tratamento térmico Mecanismos de endurecimento: - Solução sólida - Dispersão de segunda fase - Precipitação: - carbonetos: MC...M 23 C 6 - fases ordenadas: `, ``

23 Composição química Elementos de liga presentes nas ligas Ni e de Co

24 Composição química (sistema de liga complexo)

25 Ligas de Co

26 Cobalto Estrutura HC a temperatura ambiente Transformação alotrópica a 417 C estrutura muda para CFC Ligas de Co Estrutura CFC Elementos de ligas: Cr, W, C Mecanismos de endurecimento: - Solução sólida - Precipitação de carbonetos (tipo MC.M23C6, morfologia e distribuição)

27 Ligas de Co: Ponto de fusão mais elevado que as ligas de Ni ou Fe, o que permite que absorver tensões a temperaturas mais elevadas. Apresentam melhor resistência a corrosão a quente (em atmosferas das turbinas a gás), devido ao maior teor de Cr. Apresentam melhor resistência a fadiga térmica e melhor soldabilidade que as ligas de Ni

28 Desempenho de ligas de Co Resistência a abrasão Resistência a cavitação

29 Ligas de Ni

30

31 Niquel Estrutura CFC Fase Ligas de Ni: - Ligas NiCr e NiMo - Adição de Co reduz a solubilidade de outros elementos e promove a precipitação - Adição de Al e Ti promovem a formação do precipitado - Alguns elementos formam a fase `` - Carbonetos nos contornos de grão Fase ` Fase ``

32 Ligas de Ni: Efeito da adição de Al e de Ti na resistência de ligas de Ni a 870 C

33 Ligas de Ni: Ni-Cr (inconel) resistência a oxidação Ni-Fe (permalloy), magnéticas Ni-Mo (hastelloy) Resistência a temperaturas elevadas Outras superligas

34 Ligas de Ni: - Aplicações que requerem resistência a corrosão ou a resisência a temperaturas elevadas. - Algumas ligas de Ni estão entre os materiais estruturais mais resistentes/tenazes - Em relação ao aço as ligas de Ni apresentam resistência mecânica super elevada, elevados limites de proporcionalidade e elevado modulo de elasticidade. - A temperaturas criogênicas são ligas resistêntes e ducteis - A adição de carbono pode aumentar a temperatura de trabalho de 1000C para 1200C

35 Processamento A maioria dos produtos fundidos são policristalinos equiaxiais (PC) ou solidificados direcionalmente (DS). Componentes fundidos são intrinsicamente mais resistêntes a altas temperaturas que os trabalhados. A composição dos componentes fundidos pode ser manipulada para que se obtenham propriedades especiais

36 Processamento

37 Processamento

38 Processamento

39 Tratamento térmico

40 Tratamento térmico Otimização de propriedades: solubilização e precipitação a duas T diferentes no campo bifásico / `. A T mais elevada precipita partículas grosseiras de `. Na segunda T, mais baixa, ocorre a precipitação da fase ` fina e dispersa.

41 Tratamento térmico

42 Tratamento térmico A T de solubilização determina a quantidade de `que dissolve e o tamanho de grão de. Este será tão mais grosseiro quanto mais ` for dissolvido, pois este é responsável pelo ancoramento dos contornos de grão /. T solubilização < Tsolvus T solubilização > Tsolvus