O estudo desenvolvido permitiu concluir que: Para a liga CW6MC:
o São alcançadas as propriedades mecânicas da norma ASTM A494, com a solubilização a 1200 °C/2 h, estando os valores de resistência muitos próximos
dos limites (Rm: 493 MPa (> 485 MPa); Rp0,2: 283 MPa (> 275 MPa); A: 36 % (> 25 %));
o A temperatura de solubilização de 1150 °C não é suficiente para promover o endurecimento por solução sólida pretendido;
o A microestrutura da liga na condição que atinge as propriedades mecânicas é composta por uma matriz austenítica, fase Laves, carbonetos do tipo MC (ricos em Nb) e M23C6 (ricos em Nb e Mo) e óxidos de Al e Ti;
o Após envelhecimento a 750 °C/24 h e 100 h observam-se partículas de fase δ que causa o aumento do Rp0,2 e a diminuição do A;
o Com o aumento do estágio de envelhecimento observa-se um incremento da precipitação de fases secundárias, atingindo um valor máximo de 21 %.
Para a liga CU5MCuC:
o As propriedades mecânicas foram atingidas solubilizando a liga a uma temperatura de 1200 °C/4 h e envelhecendo-a a 900 °C/0,5 h, no entanto a diferença que se verifica entre os valores de resistência mecânica referidos na
norma ASTM A494 e os obtidos é mínima (Rm: 530 MPa (> 520 MPa); Rp0,2: 258 MPa (> 240 MPa); A: 37 % (> 20 %));
o A temperatura de solubilização de 1150 °C não é suficiente para promover a dissolução total dos constituintes presentes no estado as-cast de forma a potenciar a precipitação no envelhecimento;
o A microestrutura na condição que satisfaz as propriedades mecânicas é constituída por uma matriz austenítica, carbonetos do tipo MC (ricos em Nb e Ti), partículas de fase δ e nitretos e óxidos de Al e Ti;
o Após 13 h de estágio de envelhecimento verifica-se que se formam precipitados secundários finos de carbonetos do tipo M23C6 e partículas de fase δ em grande quantidade o que acaba por diminuir a extensão após rotura da liga;
o Não é visível a precipitação da fase γ’’ responsável pelo endurecimento;
o Com o aumento do estágio de envelhecimento observa-se um incremento da precipitação de fases secundárias, atingindo um valor máximo de 9,6 %.
Dado o interesse deste projeto para a Ferespe, será proveitoso que o estudo tenha continuação. Desta forma, a dissertação desenvolvida deixa em aberto as seguintes questões:
Para a liga CW6MC:
o Análise mais detalhada das fases presentes nas microestruturas recorrendo a técnicas como SEM, TEM e XRD (X-ray diffraction);
o Análise mais específica da precipitação (quantificar a precipitação consoante o tipo de fase presente);
o Análise do comportamento da fase Laves com solubilizações a temperaturas mais altas e estágios mais longos;
o Análise do comportamento da liga em função de variações nas taxas de aquecimento e arrefecimento (recorrendo a dilatometria e a análise microestrutural);
o Caracterização do comportamento da liga à corrosão.
Para a liga CU5MCuC:
o Análise mais especifica das fases presentes nas microestruturas recorrendo a técnicas como SEM, TEM e XRD;
o Análise mais específica da precipitação (quantificar a precipitação consoante o tipo de fase presente);
o Caracterização do comportamento da liga, no que se refere à precipitação da fase γ’’;
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Reed, R.C., The Superalloys Fundamentals and Applications. 2006, United States of America: Cambridge University Press.
[2] Campbell, F.C., Elements of Metallurgy and Engineering Alloys. 2008: ASM International.
[3] Davis, J.R., Alloying: Understanding the Basics, A. International, Editor. 2001. [4] Meetham, G.W. e Voorde, M.H.V.d., Materiald for High Temperature
Engineering Applications. 2000: Springer.
[5] Lamb, S., Practical handbook of stainless steels and nickel alloys. 2002, Edmonton, Alberta (Canada): CASTI Publishing Inc.
[6] FERESPE - Fundição de Ferro e Aço, Lda. [acedido a 25 de março de 2016]; Disponível em: http://ferespe.pt/company.
[7] Fundição, A.P.d. FERESPE - FUNDIÇÃO DE FERRO E AÇO, LDA. [acedido a 25 de março de 2016]; Disponível em: http://www.apf.com.pt/ficha_ferespe.html. [8] Institute, N. Castings - Stainless Steel & Nickel-Base [acedido a 24 de fevereiro de 2016]; Disponível em:
http://www.nickelinstitute.org/TechnicalLiterature/Reference%20Book%20Series/1 1022_CastingsStainlessSteelandNickelBase.aspx.
[9] ASM Metals Handbook - Casting. Vol. 15. 1998: ASM Internacional. [10] Jones, R.H., Effects on Engineered Materials. 2001: Marcel Dekker, Inc.
[11] HAYNES INTERNATIONAL, I. GUIDE TO CORROSION-RESISTANT NICKEL ALLOYS. [acedido a 20 de fevereiro de 2016]; Disponível em:
http://www.haynesintl.com/pdf/h2114.pdf.
[12] Davis, J.R., ASM Specialty Handbook: Nickel, Cobalt and Their Alloys. 2000: ASM International.
[13] Institute, N. Heat and corrosion resistant castings: their engineering properties and applications. [acedido a 23 de março de 2016]; Disponível em: http://www.nickelinstitute.org/~/Media/Files/TechnicalLiterature/Heat_Resistant CastingsCorrosion_ResistantCastingstheirEngineeringPropertiesandApplications_266 _.pdf#page.
[14] Farrar, J.C.M., The Alloy Tree: A Guide to Low-Alloy Steels, Stainless Steels, and Nickel-base Alloys. 2004: Taylor & Francis.
[15] Lippold, J.C., Kiser, S.D., e DuPont, J.N., Welding Metallurgy and Weldability of Nickel-Base Alloys. 2011: Wiley.
[16] Donachie, M.J. e Donachie, S.J., Superalloys: A Technical Guide, 2nd Edition. 2002: ASM International.
[17] Sridhar, N., Wu, J., e Manning, P., Corrosion Resistant Ni-Cr-Mo Alloys. JOM, 1985. 37(11): p. 51-53.
[18] Bauer, J., Costa, J.F., Carvalho, C.N., Grande, R.H.M., Loguercio, A.D., e Reis, A., Characterization of two Ni–Cr dental alloys and the influence of casting mode on mechanical properties. Journal of Prosthodontic Research, 2012. 56(4): p. 264-271.
[19] Hayes, J., Gray, J., Szmodis, A., e Orme, C., Influence of chromium and molybdenum on the corrosion of nickel-based alloys. Corrosion, 2006. 62(6): p. 491-500.
[20] Horvath, J. e Uhlig, H., Critical potentials for pitting corrosion of Ni, Cr‐Ni, Cr‐Fe, and related stainless steels. Journal of the Electrochemical society, 1968. 115(8): p. 791-795.
[21] Ezugwu, E., Wang, Z., e Machado, A., The machinability of nickel-based alloys: a review. Journal of Materials Processing Technology, 1999. 86(1): p. 1-16. [22] Internacional, A., Standard Specification for Castings, Nickel and Nickel Alloy, in A494/ A494M - 14, A. Internacional, Editor. 2014. p. 7.
[23] Cramer, S.D., Covino Jr, B.S., e Moosbrugger, C., ASM Handbook Volume 13b: Corrosion: Materials. 2005: ASM International.
[24] Asselin, E., Alfantazi, A., e Rogak, S., A polarization study of alloy 625, nickel, chromium, and molybdenum in ammoniated sulfate solutions. Corrosion, 2005. 61(6): p. 579-586.
[25] Eiselstein, H. e Tillack, D., The invention and definition of alloy 625. Superalloys, 1991. 718(625): p. 1-14.
[26] Wei, C.-N., Bor, H.-Y., e Chang, L., The effects of carbon content on the microstructure and elevated temperature tensile strength of a nickel-base superalloy. Materials Science and Engineering: A, 2010. 527(16): p. 3741-3747.
[27] Wong, F., THE EFFECT OF ALLOY COMPOSITION ON THE LOCALIZED CORROSION BEHAVIOR OF Ni-Cr-Mo ALLOYS. 2009, The Ohio State University. [28] Lai, G.Y., High-temperature corrosion and materials applications. 2007: ASM International.
[29] Cieslak, M., Headley, T., Romig, A., e Kollie, T., A melting and solidification study of Alloy 625. Metallurgical Transactions A, 1988. 19(9): p. 2319-2331.
[30] Shankar, V., Rao, K.B.S., e Mannan, S., Microstructure and mechanical
properties of Inconel 625 superalloy. Journal of Nuclear Materials, 2001. 288(2): p. 222-232.
[31] Sundararaman, M., Kumar, L., Prasad, G.E., Mukhopadhyay, P., e Banerjee, S., Precipitation of an intermetallic phase with Pt2Mo-type structure in alloy 625. Metallurgical and Materials Transactions A, 1999. 30(1): p. 41-52.
[32] Suave, L.M., Cormier, J., Villechaise, P., Soula, A., Hervier, Z., Bertheau, D., e Laigo, J., Microstructural evolutions during thermal aging of Alloy 625: impact of temperature and forming process. Metallurgical and materials transactions A, 2014. 45(7): p. 2963-2982.
[33] Singh, J.B., Chakravartty, J., e Sundararaman, M., Work hardening behaviour of service aged Alloy 625. Materials Science and Engineering: A, 2013. 576: p. 239- 242.
[34] INCONEL® alloy 625, S.M. Corporation, Editor. 2013.
[35] Tawancy, H., Allam, I., e Abbas, N., Effect of Ni3Nb precipitation on the corrosion resistance of Inconel alloy 625. Journal of Materials Science Letters, 1990. 9(3): p. 343-347.
[36] Mathew, M., Rao, K.B.S., e Mannan, S., Creep properties of service-exposed Alloy 625 after re-solution annealing treatment. Materials Science and
Engineering: A, 2004. 372(1): p. 327-333.
[37] 2016, C.E., CES EduPack - Database Advanced. 2016, Granta Design Limited. [38] Floreen, S., Fuchs, G.E., e Yang, W.J., The metallurgy of alloy 625.
Superalloys, 1994. 718(625): p. 13-37.
[39] Mathew, M., Palanichamy, P., Latha, S., Jayakumar, T., Rao, K.B.S., Mannan, S., e Raj, B., Microstructural changes in alloy 625 due to creep and
characterization using NDE techniques. Transactions of the Indian Institute of Metals, 2010. 63(2-3): p. 449-452.
[40] Sundararaman, M., The role of refractory metal additions in precipitation processes in superalloys. Mineral Procesing and Extractive Metallurgy Review, 2001. 22(2): p. 681-700.
[41] Ahmad, M., Ahmad, W., Shaikh, M., e Rajput, M., Precipitation study in inconel 625 alloy By positron annihilation spectroscopy. 材料科学技术学报: 英文版, 2003. 19(5): p. 434-436.
[42] Mittra, J., Dubey, J., e Banerjee, S., Acoustic emission technique used for detecting early stages of precipitation during aging of Inconel 625. Scripta materialia, 2003. 49(12): p. 1209-1214.
[43] Mittra, J., Banerjee, S., Tewari, R., e Dey, G.K., Fracture behavior of Alloy 625 with different precipitate microstructures. Materials Science and Engineering: A, 2013. 574: p. 86-93.
[44] Sundararaman, M., Mukhopadhyay, P., e Banerjee, S., Precipitation of the δ- Ni3Nb phase in two nickel base superalloys. Metallurgical transactions A, 1988. 19(3): p. 453-465.
[45] Kohler, M. e Loria, E., Superalloys 718, 625 and Various Derivatives, The Minerals. Metals and Materials Society, 1991: p. 363.
[46] INCOLOY® alloy 825, S.M. Corporation, Editor. 2004.
[47] Gdowski, D.B.B.a.G.E., Survey of Degradation Modes of Candidate Materials for High-Level Radioactive-Waste Disposal Containers, in Phase Stability, L.L.N. Laboratory, Editor. 1988.
[48] Vieira, B.M.G., Alteração das propriedades mecânicas de uma liga UNS N08826 por tratamento térmico de envelhecimento. 2012.
[49] Shaikh, M., Iqbal, M., Ahmad, M., Akhtar, J., e Shoaib, K., Precipitation study of heat-treated Incoloy 825 by scanning electron microscopy. Journal of materials science letters, 1992. 11(14): p. 1009-1011.
[50] Pan, Y.-M., Dunn, D., Cragnolino, G., e Sridhar, N., Grain-boundary chemistry and intergranular corrosion in alloy 825. Metallurgical and Materials Transactions A, 2000. 31(4): p. 1163-1173.
[51] Bartosiewicz, L., Krause, A., Spis, A., Raghavan, J., e Putatunda, S., Fatigue crack growth behavior of a solid solution-strengthened nickel-base superalloy (Incoloy 825). Journal of Materials Engineering and Performance, 1992. 1(1): p. 67- 74.
[52] ISO, E., 6507-1 Materiais metálicos Ensaio de dureza Vickers Parte 1: Método de ensaio. 2011.
[53] ISO, E., 6892-1 Materiais metálicos Ensaio de tração Parte 1: Método de ensaio à temperatura ambiente. 2012.
[54] Vander Voort, G.F., Metallography, principles and practice. 1984: ASM International.
[55] Petzow, G., Metallographic etching: techniques for metallography, ceramography, plastography. 1999: ASM international.
[56] Vander Voort, G.F., Manilova, E.P., e Lucas, G.M., Metallographic Techniques for Superalloys. Microscopy and Microanalysis, 2004. 10(S02): p. 690-691.
[57] Katharine B. Small, D.A.E., and Todd A. Christman, Guide to Etching Specialty Alloys. Advanced Materials & Processes, 2008: p. 6.
[58] Internacional, A., Standard Practice for Microetching Metals and Alloys, in E407 - 07e1, A. Internacional, Editor. 2014. p. 20.
[59] [acedido a 23 de março de 2016]; Disponível em:
http://www.crct.polymtl.ca/fact/documentation/SGTE2014/SGTE2014_Figs.htm [60] Ruian Qingfeng Pump Valve Manufacturing Co., L. 825 Cu5MCuC Alloy valve body. [acedido a 1 de abril de 2016]; Disponível em: http://www.casting-
A
NEXOA–
D
IAGRAMA DE EQUILÍBRION
I-C
RA
NEXOB–F
AMÍLIA DE LIGASN
I-C
R-M
OTabela B - 1. Composição química das ligas Ni-Cr-Mo processadas por fundição (adaptada) [9, 12, 22, 37].
Tabela B - 2. Propriedades mecânicas das ligas Ni-Cr-Mo processadas por fundição [9, 12, 22, 37].
Liga
Tensão de rotura, Rm
Limite elástico,
Rp0,2 Alongamento Dureza*
MPa MPa em 50mm (2 in), % HV
CW12MW 495-835 275 4-40 90-110 CW2M 495 275 20 CW6MC 480-635 275 25-40 100-180 CY5SnBiM … … … … CX2MW 550 310 30 CU5MCuC 520 240 20 CW6M 495 275 25
Nota: * Valores de dureza referentes ao estado as-cast.
Liga Composição (%) Ni C Si Mn Cu Fe Cr P S Mo Outros Níquel-Crómio-Molibdénio (Ni-Cr-Mo) CW12MW 49.2 - 57.9 0.12 1.0 1.0 - 4.5 - 7.5 15.5 - 17.5 0.03 0.02 16.0 - 18.0 0.20-0.40 V; 3.75-5.25 W CW6M (54.9 - 60.9) min 0.07 1.0 1.0 - max 3.0 17.0 - 20.0 0.03 0.02 17.0 - 20.0 - CW2M (60.5 - 65.9) min 0.02 0.8 1.0 - max 2.0 15.0 - 17.5 0.03 0.02 15.0 - 17.5 1.00 W CY5SnBiM (68.4 - 76.9) min 0.05 0.5 1.5 - max 2.0 11.0 - 14.0 0.03 0.02 2.0 - 3.5 3.0-5.0 Bi; 3.0-5.0 Sn CW6MC 55.4 - 61.8 0.06 1.0 1.0 - 5.0 20.0 - 23.0 0.015 0.015 8.0 - 10.0 3.15-4.50 Nb CX2MW 51.3 - 60.8 0.02 0.8 1.0 - 2.0 - 6.0 20.0 - 22.5 0.025 0.025 12.5 - 14.5 2.5-3.5 W; 0.35 V CU5MCuC (38.0 - 44.0) min 0.05 max 1.0 max 1.0 max 1.5 - 3.5 22.2 - 35.8 19.5 - 23.5 0.030 max 0.020 max 2.5 - 3.5 0.60-1.2 Nb
A
NEXOC–
E
FEITO DOS ELEMENTOS DE LIGA NAS SUPERLIGAS(I
NCONEL625)
Tabela C - 1. Efeitos dos elementos de liga na resistência à corrosão, resistência mecânica e estrutura das ligas de Ni [3].
Tabela C - 2. Efeito dos elementos de liga na formação de fases durante a solidificação no TT da liga 625 [38].
Figura C - 1. Efeito do teor de Ti no endurecimento por precipitação da liga 625 envelhecida a 649 °C [38].
Figura C - 3. Efeito da % Nb no Rp0,2 das liga 625 e 718 [25].
Figura C - 4. Efeito do Ni na resistência à rotura da liga 625 solubilizada a 1038 °C por 1 h e envelhecida a 649 °C/1000 h [25].
A
NEXOD–A
NÁLISE TÉRMICA DA LIGAI
NCONEL625
Figura D - 1. Curva de análise térmica (DTA), com uma taxa de varrimento de 0,33 °C/s, da liga 625 (0,035 % C; 0,03 % Mn; 0,46 % Si; 21,68 % Cr; 9,67 % Mo; 0,06 % Ti; 3,53 % Nb; 2,29 % Fe; rest % Ni) [29].
A
NEXOE–P
ROPRIEDADES MECÂNICAS DA LIGAI
NCONEL625
Tabela E - 1. Propriedades mecânicas da liga 625 depois de exposta a várias temperaturas. Material inicialmente solubilizado a 1093 °C/24 h e envelhecido a 649 °C/24 h (adaptada) [38].
Temperatura de exposição (°C) Tempo (h) Rp0,2 (MPa) Rm (MPa) A (%) Z (%) Fase Laves e δ 760 4 624.7 1023.9 51 42 Não 760 16 641.2 1055.6 46 42 Não 760 48 606.7 1069.4 35 31 Sim 871 4 584.0 990.8 50 39 Não 871 16 588.1 994.2 43 34 Não 871 48 575.0 972.2 32 44 Sim 982 4 496.4 921.8 54 57 Não 982 16 517.1 934.2 53 52 Não 982 48 556.4 955.6 45 44 Não
A
NEXOF–A
PLICAÇÕES DA LIGACU5MC
UC
Figura F - 1. Exemplos de aplicações da liga CU5MCuC: a) corpo de válvula; b) válvula para produção de gás [8, 60].