metalografia de ligas de ni

5/27/2018 Metalografia de Ligas de Ni

1/55

Metalografia

das Ligas eSuperligas de

Nquel

M. Eng. Alexandre FarinaPesquisador em Ligas de Ni

Pesquisa e Desenvolvimento


2/55

Metalograf ia das L igas e

Superli gas de Nqu el

Definio e conceitos sobre Superligas e Ligas de Nquel

Processo de Fabricao

Metalografia das ligas de Nquel

Monel, Inconel, Incoloy, Nimonic

Superligas base de Nquel

Sumrio


3/55



So ligas que apresentam uma ou mais propriedades muito acima das

ligas convencionais (aos carbono, aos ferramenta, aos inoxidveis,

etc...). As superligas mais conhecidas so base de Ni, mais h ligas

base de Co, Fe, etc...

Propriedades desejadas

Resistncia Mecnica

Trao, Toro, Fadiga, Impacto, Fluncia

Resistncia Corroso

Resistncia Oxidao

Definio de Superligas


4/55



Devido as elevadas propriedades mecnicas estas ligas podem ser

divididas em duas classes:

Ligas trabalhadas termo-mecanicamente (Wrougth Alloys)

Forjadas e Laminadas

Com ou sem Tratamentos Trmicos

Ligas no trabalhadas termo-mecanicamente

Fundio de Preciso

Monocristalinas

Solidificao Direcional

Definio de Superligas

Principal diferena entre estas classes: PLASTICIDADE


5/55



O que torna estas ligas Superligas?

Fases com comportamentos que fogem aos comportamentos padro:

Fase gNi3(Al,Ti)Estrutura cbica (CFC) do tipo L12Fase gNi3NbEstrutura ortorrmbica do tipo DO22

Fase bNiAlEstrutura cbica (CCC) do tipo B2

Fases Ordenadas:Os tomos ocupam preferencialmente

estas posies na rede cristalina!


6/55



Limite de Escoamento da fase Ni3(Al,Ti)

Limite de escoamento aumenta com a temperatura

AISI 316

Inconel 713

Limite de escoamento funo de

adies de elementos de liga

~1100MPa // 600C


7/55



Limite de Escoamento da fase Ni3(Al,Ti)

O aumento gerado por uma mudana do sistema de escorregamento

na super-estrutura cristalinaPara a fase gNi3(Al,Ti) isto ocorre pela mudana do escorregamento

no plano (111) para o plano (110) em alta temperatura.


8/55



Fase Ni(Al,Ti)

As fases intermetlicas apresentam caractersticas especiais, porm

nem todas podem ser utilizadas para ligas estruturais.A fase b apresenta comportamento cermico, com fratura frgil sob

trao. Esta propriedade impede seu uso em estruturas.

No entanto a dureza desta fase equivalente a de um carboneto


9/55



Resistncia a Fluncia (10.000h)


10/55



Limite de Escoamento

Comparao com ao Fe-12Cr-0.6Mo (~AISI 420)


11/55



Processos de Fabricao


12/55



Processo de Fabricao

Processo Especial Convencional

FusoVIM (Vaccum induced

melting)

EAF (Electric Arc

Furnace)

Refuso / Refino

ESR (ElectroslagRemelting)

VOD (vacuum oxygendecarburisation)

VAR (Vaccuum Arc

Remelting)

AOD (Argon-Oxygen

Decarburization)

Forjamento Forjamento em prensas hidrulicas.Geralmente para peas grandes e barras.

Laminao Laminao (plana e barras)

Acabamento Desbaste, Retfica, etc...


13/55



Processos de Fabricao - Fuso

EAF (Electric Arc Furnace)Fuso por arco voltaico

Fuso e vazamento ao ar

Refino do metal lquido por escria

H oxidao do banho metlico


14/55



Processos de Fabricao - Fuso

VIM (Vacuum Induc t ion Melting)Fuso e vazamento sob vcuo

Pouco refino do metal lquido

Reduzida oxidao do banho metlico

Possibilidade de vazamento de ligas que so

facilmente oxidadas com oxidao mnima

Ligas com Al, TiApenas refino por presso (vcuo)

Presso de vapor


15/55



Processos de Fabricao - Refino

VOD (Vacuum Oxyg en Decarbur izing)Descarburao por injeo de gs

Refino do metal lquido


16/55



Processos de Fabricao - Refino

AOD (Arg on -Oxyg en Decarbu r izing)Descarburao por injeo de gs Ar/O

Maior refino do metal lquido em relao ao VOD


17/55



Processos de Fabricao - Refuso

ESR (Electros lag Remelt ing)Refuso por arco voltaico com escria

Refino da estrutura bruta de fuso

Eliminao de impurezas para a escria

Uso da reao metal-escria


18/55



Processos de Fabricao - Refuso

VAR (Vacuum Arc Remelt ing)Refuso sob vcuo por arco voltaico

Refino da estrutura bruta de fuso

Eliminao de impurezas para a superfcie do lingote

Presso de vapor


19/55



Processos de Fabricao - Forjamento

Forjamento:Prensagem a quente/frio de um lingote ou pea, em geral, de grande porte

Recalque (aumentar a deformao do material)

Altera a microestruturarefino do tamanho de gro

Desbaste (reduzir a espessura do material)


Acabamento (alisamento da superfcie)


20/55



Processos de Fabricao - Forjamento

Forjamento:Prensagem a quente/frio de um lingote ou pea, em geral, de grande porte

Recalque (aumentar a deformao do material)


Desbaste (reduzir a espessura do material)


Acabamento (alisamento da superfcie)


21/55



Processos de Fabricao - Laminao

LaminaoReduo da espessura do material

atravs da passagem deste entre dois

cilindros com (barras) ou sem (planos)

entalhes

Refino da microestrutura atravs da

reduo do tamanho de gro


22/55



Processos de Fabricao - Acabamento

AcabamentoTorneamento,

Fresamento,

Retfica,

Trefilao

M l f i d L i


23/55



Microestrutura

M t l f i d L i


24/55



Ligas de Ni Principais Fases

Fase Estrutura Frmula Comentrio

g' FCCL12 Ni3(Al,Ti)Principal fase para endurecimento da

matriz da maioria das ligas de Ni

h HCPDO24 Ni3Ti

Fase deletria e metaestvel formada em

altas temperaturas. Em geral precipita na

forma de agulhas de Widmansttten

g" BCTDO22 Ni3Nb

Principal fase para endurecimento de ligas

contendo Nb. Em geral a precipitao

ocorre na forma de discos coerentes com

a matriz g

d Ortorr. (Cu3Ti) Ni3Nb

Fase frgil e deletria as propriedades.

Precipita em alta temperatura na forma de

agulhas (baixa temperatura

superenvelhecimento) ou filmes nos

contornos de gro (altas temperaturas

solubilizao).

M t l f i d L i


25/55





M(C,N) FCCM(C,N) onde M =

Ti, Nb, Hf, Zr ...

Carbonetos primrios ou secundrios.

Dependentes do teor de C e de N das

ligas e dos elementos formadores.

Elevam as resistncias ao desgaste e

mecnica

M23C6 FCC (Cr,Fe,Mo,W)23C6

Carbonetos precipitados durante o

envelhecimento das ligas para

aumento da resistncia mecnica. Em

geral precipitao em glbulos e

placas nos contornos de gro.

M6C FCC Fe3Mo3C Carboneto. Secundrio

M7C3 Ortorr. (Fe,Cr,Mn)7C3

Carboneto secundrio em geral

observado na forma de partculas

intergranulares.

M t l f i d L i


26/55





M3B2 Tetragonal Mo2FeB2, Nb3B2Boreto presente em ligas com elevado

teor de B.

m Rombodr. (Fe,Co)7(Mo,W)6

Presente em ligas com elevado teor de

Mo e de W. Precipita na forma de

agulhas de Widmanstten em altastemperaturas.

Laves Hexagonal

Fe2Nb, Fe2Ti,

Fe2Mo, Co2Ta,

Co2Ti

Fase deletria. Precipita-se na forma

de glbulos alongados aps exposio

altas temperaturas.

Sigma TetragonalFeCr, FeCrMo,

CrFeMoNi, CrCo,

CrNiMo

Fase deletria precipitada na forma de

glbulos em geral alongados em ligas

que permaneceram por longos

perodos entre 540C e 980C

M t l f i d L i


27/55



Evoluo da Microestutura das Ligas de Ni



28/55




Diagrama Ni-Cr (Nimonic 80A: Ni-20Cr-2.0Ti-1.0Al-0.05C)

Liga Binria Ni-20Cr

Matriz Austentica



29/55





Isoterma de 1150CAl-Cr-Ni

Liga Ternria Ni-20Cr-1.0Al

Matriz Austentica



30/55





Isoterma de 1050CCr-Ni-Ti

g+g

Liga Quaternria

Ni-20Cr-1.0Al-2.0Ti

Matriz Austentica com

Ni3(Ti,Al)



31/55




Nimonic 80A: Ni-20Cr-2.0Ti-1.0Al-0.05C)

Liga Quinria

Ni-20Cr-1.0Al-2.0Ti-0.05C

Matriz Austentica com

Ni3(Ti,Al) e TiC

TiC

Nimonic 80A:

Sol. 1080C/1h

Env. 700C/16h



32/55



Extremamente resistentes corroso, em especial em ambientes marinhos com

gua parada, porm com baixa resistncia mecnica em relao as demaissuperligas de Ni. Resistncia compatvel com aos especiais.

Aplicao principal nas indstrias naval e petroqumica

Principais ligas: Monel 400 (VRC400) e Monel K500 (VRC500K)

Ligas de Ni-Cu (Monel)



33/55




A liga Monel foi desenvolvida

inicialmente partindo-se de sulfetos

de Ni e de Cu e fazendo reduo

simultnea dos minrios como

fonte de Cu e de Ni

Monel tem um L apenas pois na

poca no era permitido nomes de

famlias em produtos!



34/55




Liga Ni Cu Fe Mn C Si S Outros

Alloy

40063.0 min 28.0~34.0 2.50 0.20 0.30 0.50 0.024 ---

Alloy

40140.0~45.0 Bal. 0.75 2.25 0.10 0.25 0.015 ---

Alloy

R-40563.0 min 28.0~34.0 2.50 2.00 0.30 0.50 0.025~0.06 ---

Alloy

450 29.0~33.0 Bal. 0.4~1.0 1.00 --- --- 0.021.0Zn, 0.05Pb,

0.02P

Alloy

K50063.0 min 27.0~33.0 2.00 1.50 0.25 0.50 0.01

2.30~3.15Al,

0.35~0.85Ti

Valores sozinhos indicam mximo da faixa

Composio Qumica



35/55



Ligas de Ni-Cu (Monel)Monel K500

Matriz bifsica (duas austenitas) com disperso de TiC e aps solubilizaoe envelhecimento apresenta precipitao de Ni3(Al,Ti)

1330C

liquidus

1280C

solidus

815C

g g + g

760C

g g1+ g2

65%Ni

30%Cu

1140C700C 763C

42%Ni

56%Cu

Composio da Matriz

g1

g2

g

g

TiC

gg1

LFraoMolardeF

ases



36/55




Monel K500Laminada a quente e

solubilizada em alta temperatura.

Ataque com Glicergia

Microestrutura

Ligas com matriz austentica podendo apresentar disperso de precipitadosde Ni3(Al,Ti) e carbonitretos do tipo M(C,N)

Nitrognio sempre residual (abaixo de 0.05%)

Carbono pode ser adicionado em teores inferiores a 0.30%

Monel K500Macrografia de amostra

bruta de laminao. Ataque com HNO3

eletroltico



37/55



Resistentes a altas temperaturas com excelentes propriedades mecnicas. Elevadaresistncia oxidao e resistncia razovel a corroso.

Aplicao principal nas indstrias aeroespacial, nuclear e petroqumica,

vlvulas automotivas, turbinas (avio e gs).

Principais ligas: Inconel 718 (VAT 718), Inc. 600 (VAT 600), Inc. 751 (VAT 751)

Sist. de exausto

Ligas de Ni-Cr-Fe (Inconel)



38/55




Composio Qumica


Liga Ni Cr Fe Co Mo Nb Ti Al C Mn Si Outros

Alloy

600

72.0

min

14.0~

17.0

6.0~

10.00.15 1.0 0.5 0.50

Alloy

617

44.5

min

20.0~

24.0

3.010.0~

15.0

8.00~

10.00

0.600.8~1

.5

0.05~

0.15

1.0 1.00.5Cu,

0.006BAlloy

625

58.0

min

20.0~

23.05.0 1.0

8.00~

10.00

3.15~

4.150.40 0.40 0.10 0.50 0.50

Alloy

690

58.0

min

27.0~

31.0

7.0~

11.00.05 0.05 0.50 0.50Cu

Alloy

718

50.0~

55.0

17.0~

21.0Bal. 1.0

2.80~

3.30

4.75~

5.50

0.65~

1.15

0.20~

0.800.08 0.35 0.35

0.30Cu,

0.006B

Alloy

751

70.0

min

14.0~

17.0

5.0~

9.0

0.70~

1.20

2.00~

2.600.10 1.0 0.50 0.50Cu

Alloy

C-276Bal.

14.5~

16.5

4.0~

7.02.50

15.0~

17.00.01 1.0 0.08

0.35V,

3.50W



39/55



Inconel 718


Liquidus

1350C

Solidus

1210C

M(C,N)

1260C

Ni3Nb (d)

1020C

Ni3Al (g)

900C

M23C6700C

Ferrita

590C

Laves

540C

Sigma

500C

Sigma830C

FraoMolard

eFases



40/55

g g


Inconel 718Forjada a quente e solubilizada

em alta temperatura (1030C/2h).


Microestrutura

Inconel 751Laminada, solubilizada

(1120C/1h) e envelhecida (750C/4h).

Ataque com Glicergia.


Microestrutura

Ligas com matriz austentica.Em geral apresentam disperso de precipitados de Ni3(Al,Ti) e Ni3Nb alm

de carbonitretos do tipo M(C,N)



41/55

g g


Inconel 718Forjada e solubilizada

em alta temperatura (1030C/2h) e

envelhecida: 718C/8h+650C/8h.


Microestrutura


Microestrutura

Ligas com matriz austentica.Em geral apresentam disperso de precipitados de Ni3(Al,Ti) e Ni3Nb alm

de carbonitretos do tipo M(C,N)

Inconel 718Laminada e tratada a (1040C/1h +

980C/8h + 760C/8h + 650C/8h)

MET + Atom Probe: Nb=verde, Al=verm., Ti=azul e



42/55

g g


Inconel 625Bruta de Forjamento



Inconel 625Forjada e solubilizada em alta

temperatura (1200C/30min).


Liga Ni Cr Fe Co Mo Nb Ti Al C Mn Si

Alloy 625 58.0min20.0

~23.05.0 1.0

8.00

~10.00

3.15

~4.150.40 0.40 0.10 0.50 0.50



43/55

g g


Resistentes a corroso em altas temperaturas (em especial por cloretos), comboas propriedades mecnicas, porm inferiores as ligas Inconel. Resistncia a

oxidao reduzida.

Aplicao principal na indstria petroqumica.

Principais ligas Incoloy A-286 (VAT A286) e Incoloy 925 (VRC925)

Ligas de Ni-Fe-Cr (Incoloy)



44/55

g g



Composio Qumica

Ligas de Ni-Cr-Fe (Incoloy)


Alloy

A-286

72.0

min

14.0~

17.0

6.0~

10.0--- --- --- --- --- 0.15 1.0 0.5 0.50

Alloy

825

38.0

~46.0

19.5

~23.5

22.0

min ---

2.5

~3.5 ---

0.6

~1.2 0.2 0.05 1.0 0.5

1.5~3.0

Cu

Alloy

92544.0 21.0 28.0 --- 3.0 --- 2.1 0.3 0.01 --- --- ---

Alloy

800HT

30.0~

35.0

19.0~

23.0

39.5

min--- --- ---

0.15~

0.60

0.15~

0.60

0.06~

0.101.5 1.0 ---



45/55


Incoloy A-286Laminada,

solubilizada (980C/1h) e

envelhecida (720C/16h)


Microestrutura

Incoloy 800H (g+g+Ti(C,N) +

M23C6)

1) Solubilizada

2) Solubilizada e Envelhecida

por 15anos a 815C

Ataque com Marble.

Ligas de Ni-Cr-Fe (Incoloy)

Microestrutura

Ligas com matriz austentica. Apresentam disperso de precipitados deNi3(Al,Ti) alm de carbonitretos do tipo M(C,N) e carbonetos do tipo M23C6

2)1)

2)



46/55


Boa resistncia corroso a alta temperatura, em especial por sulfatos,

excelente resistncia fluncia e fadiga quente.Aplicao principal na indstria automotiva na fabricao de vlvulas para

motores de combusto interna e industria petroqumica e aeroespacial.

Principais ligas Nimonic 80A (VAT80A) e Nimonic 90 (VAT90)

Ligas de Ni-Cr (Nimonic)



47/55



Composio Qumica



Nimonic

80ABal.

18.0

~21.03.0 2.0 --- ---

1.8

~2.7

1.0

~1.80.10 1.0 1.0 ---

Nimonic

86Bal. 25.0 --- --- 10.0 --- --- --- 0.05 0.03Ce

Nimonic

90Bal.

18.0

~21.01.5

15.0~

21.0--- ---

2.0

~3.0

1.0

~2.00.13 1.0 1.0 0.02B



48/55


Nimonic 80ALaminada, solubilizada

(1080C/1h) e envelhecida (700C/16h)


Microestrutura


Microestrutura

Ligas com matriz austentica. Apresentam disperso de precipitados deNi3(Al,Ti) e carbonitretos do tipo M(C,N)

Nitrognio sempre residual (abaixo de 0.05%)

Nimonic 90Laminada, solubilizada

(1080C/8h) e envelhecida (700C/12h +

850C/2h). Ataque com Glicergia



49/55


Ligas com elevada quantidade de fases intermetlicas (g,g)

Elevada resistncia mecnica (trao, fluncia)

Elevada resistncia quente

Microestrutura geralmente em Blocos

Superligas de Ni

CMSX-4



50/55


Superligas de Ni



51/55


Superligas de Ni (Monocristalinas)Processo de Fabricao (palheta de turbina CMSX-6)



52/55


Superligas de Ni Waspaloy

MicroestruturaSimilar a microestrutura da liga Nimonic 80A.

Diferena:

Maior quantidade de g

Elevada resistncia mecnica quente

Grande disperso de partculas

13.5%CoElevada resistncia oxidao

4.5%Mo

Elevada dificuldade para usinar

Aplicaes:

Indstria aeroespacial (turbinas)

Mquinas de trao e fluncia



53/55


Superligas de Ni Inconel 738Microestrutura


S


54/55


Superligas de Ni MAR-M 246Microestrutura


55/55

metalografia de ligas de ni

Documents