Seleção de Materiais para Superligas

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A.S.D’Oliveira
Seleção de Materiais
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
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Correlação entre as propriedades de alguns aços e 
outros materiais
Martensíticos 
e ferriticos
Austeníticos
Aços baixo 
carbono e 
não ligados
Endurecidos por 
precipitação e 
temperaveis
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Aços inoxidáveis:
- ferríticos
- austeníticos
- martensíticos
- duplex
- endurecidos por precipitação
The figure below provides a map of the compositional and property linkages to the family of stainless steel alloy. 
 
 
 
 
 
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Typical Tensile Properties of Annealed Materials
Typical elongations of annealed materials on fabrication.
Aços inoxidáveis - Propriedades
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Aços inoxidáveis - Propriedades
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Aços inoxidáveis – efeito do encruamento
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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.
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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
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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
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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
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Ligas de Ni – efeito da distribuição de precipitados (γ’)
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Resistência a fratura de ligas de Ni e de Co (1000h)
Ligas de NI
Ligas de Co
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Ligas de Co e de Ni
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Ligas de Co
Ligas de Ni
Superligas
Para trabalhar a 
temperaturas 
elevadas > 540°C
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Aplicação mais frequente: turbinas
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Ligas Ni e Fe-Ni 
endurecidas por 
precipitação
Ligas de Co 
reforçadas por 
carbonetos
Ligas Fe-Ni, Ni e 
Co endurecidas 
por SS
Classificação e comportamento das superligas
Tensão de ruptura das superligas
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Resistência a fratura de ligas de Ni e de Co (1000h)
Ligas de Ni
Fase 
coerente 
`aumenta a 
resistência
Ligas de Co
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Resistência a fratura
Temperaturas de serviço
Correlação com outros ligas
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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
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O que determina as propriedades 
das ligas de Co e de Ni?
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Propriedades dependem de:
Composição química
Processamento
Tratamento térmico
Mecanismos de endurecimento:
- Solução sólida
- Dispersão de segunda fase
- Precipitação:
- carbonetos: MC....M23C6
- fases ordenadas: `, ``
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Composição química
Elementos de liga presentes nas ligas Ni e de Co
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Composição química (sistema de liga complexo)
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Ligas de Co
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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)
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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
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Resistência a abrasão 
Resistência a 
cavitação
Desempenho de ligas de Co
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Ligas de Ni
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Niquel
Estrutura CFC 
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 
Fase ``
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Ligas de Ni:
Efeito da adição de Al e de Ti
na resistência de ligas de Ni
a 870°C
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Ligas de Ni:
Ni-Cr (inconel) resistência a oxidação Ni-Fe (permalloy), magnéticas
Ni-Mo (hastelloy)
Outras superligas
Resistência a temperaturas elevadas
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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
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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 
especiaisSeleção de Materiais
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Processamento
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Processamento
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Processamento
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Tratamento térmico
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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.
Tratamento térmico
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Tratamento térmico
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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
Tratamento térmico
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