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SUPERLIGAS NOME RA ANDRÉ ALANZILLO 002200800380 EDUARDO DA SILVA PINHEIRO 002200700069 FERNANDO H. R. OLIVEIRA 002200500718 FRANCISCO ALVES DE OLIVEIRA 002200600091 HISTÓRIA No início do século XX era conhecida toda a teoria mecânica necessária para projetar turbinas de aviões a jato, porém naquela época ainda não se conhecia materiais que pudessem preencher todos os requisitos de resistência à corrosão e ao amolecimento causado por condições muito agressivas em altas temperaturas associadas a esse tipo de aplicação. 1 HISTÓRIA O desenvolvimento das chamadas superligas, de níquel, de cobalto e de ferro começou nos Estados Unidos nos anos 1930, porém ao longo dos anos as superligas de níquel tornaram-se as mais utilizadas. Além das turbinas de jatos, as superligas encontram aplicações variadas em altas temperaturas, como em motores de foguetes e veículos espaciais em geral, reatores nucleares, submarinos, usinas termoelétricas, equipamento petroquímico, por exemplo. A principal aplicação dessas ligas continua sendo seu uso em turbinas de jatos de aviação. 2 CARACTERÍSTICAS A temperatura de fusão dos elementos puros é: Ni, 1453ºC; Co, 1495ºC; Fe, 1537ºC. Temperaturas iniciais de fusão e intervalos de fusão das superligas é uma função da composição e tratamento prévio. Geralmente, temperaturas iniciais de fusão são maiores para bases de Co do que para Ni ou Fe-Ni. Superligas de Base Ni podem mostrar temperaturas de fusão menores do que 1205ºC. 3 CARACTERÍSTICAS Tanto Fe quanto Co sofrem transformações alotrópicas. Fe se transforma de estrutura cúbica de corpo centrado (CCC) em temperaturas baixas (alpha) transformando-se em cúbica de face centrada (CFC) para altas temperaturas (gamma); Co se transforma de estrutura hexagonal em baixas temperaturas para cúbica de face centrada em altas temperaturas; O níquel tem estrutura cúbica de face centrada (CFC) em qualquer temperatura. As formas CFC para Fe e Co nas superligas geralmente são estabilizados por elementos de liga. 4 CARACTERÍSTICAS As superligas austeníticas de face centrada têm uma maior solubilidade para alguns elementos de liga adicionais, excelente ductilidade, e características favoráveis para precipitação de uma única fase mais dura (Superligas Fe-Ni e Ni). Normalmente as superligas têm um módulo de elasticidade próximo a 207 GPa, embora o módulo de algumas ligas policristalinas específicas possam variar de 172 a 310 GPa em temperatura ambiente dependendo do processo de liga. Processos que conseguem direcionar o tipo de grão ou orientação do cristal resultam em módulos por volta de 124 a 310 GPa, dependendo da relação do grão ou orientação do cristal. 5 CARACTERÍSTICAS As propriedades físicas, condutividade térmica e expansão do material por temperatura tendem a ser menores (considerando outros metais). Essas propriedades são influenciadas pela natureza do metal base (elementos de transição) e a adição de metais refratários. As superligas são relativamente dúcteis, embora a ductilidade das superligas base Co geralmente é menor do que as de Fe-Ni e Ni. Superligas com base Fe-Ni e Ni são facilmente extrudadas, forjadas ou laminadas, a maior soma de elementos de liga são geralmente encontradas apenas em casos de fundição. 6 CARACTERÍSTICAS Deformação a quente é o processo preferido, deformação a frio geralmente acontece em uma quantidade restrita de processos (chapas). Laminação a frio pode ser usada para se ganhar tempo e aumentar as propriedades de dureza para aplicações a temperaturas menores que 538ºC. 7 ESTRUTURA A tabela abaixo nos mostra os elementos de liga e seus efeitos nas superligas. Elemento BaseFe-NieNi Base Co Efeito Cr....................... 5 – 25 19 – 30 Resistência a oxidação e corrosão a quente, carbonetos, maior dureza Mo, W................ 0 – 12 0 – 11 Carbonetos, maior dureza Al ........................ 0 – 6 0 – 4,5 Endurecimento por precipitação, resistência a oxidação Ti....................... 0 – 6 0 – 4 Endurecimento por precipitação, Carbonetos Co...................... 0 – 20 __ Afeta quantidade do precipitado Ni....................... __ 0 – 22 Estabiliza austenita, endurece fase precipitada Cb...................... 0 – 5 0 – 4 Carbonetos, maior dureza, endurecimento por precipitação (Ni-,Fe-Ni) Ta....................... 0 – 12 0 – 9 Carbonetos, maior dureza, resistência a oxidação. 8 DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES Co-Cr MICROESTRUTURA LIGA COM BASE Co FUNDIDO (250x) CARBONETOS DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES Ni-Cr MICROESTRUTURA LIGA COM BASE Ni FUNDIDO (100x) MICROESTRUTURA LIGA COM BASE Ni FORJADO (ESQUERDA 3300X) E FUNDIDO (DIREITA 5000X) DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES Fe-Ni MICROESTRUTURA LIGA COM BASE Fe-Ni FORJADOS (ESQUERDA 17.000X; DIREITO 3300X) DIAGRAMA DE FASES DIAGRAMA DE FASES Co-Ta REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA SUPERALLOYS II – CHESTER T. SIMS (1998) THE SUPERALLOYS: FUNDAMENTAL AND APLICATIONS – ROGER C. REED (2002) THE MICROSTRUCTURE OF SUPERALLOYS – MADELEINE DURAND (2007) OBRIGADO
