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SuperligasDesenvolvimento, Propriedades e Aplicaes das Superligas de Nquel

a) Desenvolvimento das Superligas de NquelOs modernos jatos usados como propulsores de avies tiveram seu projeto inicial desenvolvido dcadas antes do surgimento de materiais adequados para essa aplicao. J no incio do sculo XX era conhecida toda a teoria mecnica necessria para projetar turbinas de avies a jato, porm naquela poca ainda no se conhecia materiais que pudessem preencher todos os requisitos de resistncia corroso e ao amolecimento causado por condies muito agressivas em altas temperaturas associadas a esse tipo de aplicao.O desenvolvimento das chamadas superligas, de nquel, de cobalto e de ferro comeou nos Estados Unidos nos anos 1930, porm ao longo dos anos as superligas de nquel tornaram-se as mais utilizadas. Alm das turbinas de jatos, as superligas de nquel encontram aplicaes variadas em altas temperaturas, como em motores de foguetes e veculos espaciais em geral, reatores nucleares, submarinos, usinas termoeltricas, equipamento petroqumico, por exemplo. Entretanto, a principal aplicao dessas ligas continua sendo seu uso em turbinas de jatos de aviao.Outros materiais, como ligas de cromo, de outros metais de mais alto ponto de fuso, e cermicos refratrios, tm sido estudados como possveis alternativas ao uso das superligas de nquel, porm at o momento, no foi encontrada nestes materiais uma melhor combinao de propriedades requeridas para esse tipo de aplicao do que a atualmente obtida com as superligas de nquel [1,2].

b) Propriedades das Superligas de NquelPropriedades MecnicasA razo primordial para a existncia das superligas de nquel com diferentes composies qumicas a sua excelente resistncia mecnica num amplo intervalo de temperaturas. A estrutura cristalina compacta cbica de face centrada (CFC) da matriz austentica das superligas de nquel, como j foi comprovado, apresenta grande capacidade de manter resistncia trao, ruptura e boas propriedades de fluncia em temperaturas homlogas muito mais altas do que as ligas de matriz cbica de corpo centrado (CCC) por causa de vrios fatores, incluindo o excelente mdulo de elasticidade e a alta difusividade que os elementos secundrios possuem nesse tipo de matriz. de grande importncia a grande solubilidade de muitos elementos de liga na matriz austentica e a capacidade de controle da precipitao de fases intermetlicas como a gama linha, que conferem alta resistncia mecnica. O endurecimento tambm pode ser aumentado pela formao de carbetos e tambm pela dissoluo de alguns elementos na matriz (endurecimento por soluo slida). Essa capacidade de endurecimento dessas ligas austenticas de nquel, de cobalto e de ferro as torna adequadas para aplicaes em turbinas de jato e motores de foguetes, que exigem alta resistncia mecnica em mdia e alta temperatura.Entretanto, no apenas a resistncia mecnica/dureza importante nesse tipo de aplicaes. A dutilidade nas condies de servio tambm importante, e a maioria das superligas apresenta boa dutilidade. As superligas em geral apresentam tambm boa resistncia ao impacto, fadiga de alto e de baixo ciclo e fadiga trmica [1].Propriedades FsicasO nquel puro possui densidade de 8,9 g/cm3, ponto de fuso 1455 C, estrutura cristalina CFC (cbica de face centrada). A densidade da maioria das superligas de nquel fica entre 7,79 e 9,32 g/cm3. Por exemplo, a densidade da Inconel 100 (contm cerca de 60 % de nquel) de 7,79 g/cm3, devido aos elevados teores de alumnio e de titnio, ao passo que as superligas com altos teores de tungstnio e tntalo chegam a densidades da ordem de 9,07 g/cm3. A densidade uma propriedade importante para as superligas de nquel, uma vez que a reduo da densidade do componente de turbina de jato leva a um aumento das tenses centrfugas, reduzindo a vida til do componente.A condutividade trmica do nquel puro da ordem de 0,089 (W/mm2)/(C/mm), portanto superior do ferro puro (CCC: cbico de corpo centrado), que atinge somente 0,072 (W/mm2)/(C/mm). Porm a condutividade trmica das superligas muito inferior, da ordem de 10 % desses valores, devido adio de muitos elementos de liga em elevados teores. O ideal seria obter superligas com maior condutividade trmica, j que isso seria importante para dissipar calor e assim minimizar os gradientes de temperatura, reduzindo ento as tenses trmicas e assim a tendncia de ocorrer falha por fadiga trmica.A expanso trmica nas superligas de nquel menor do que nas ligas ferrosas austenticas e isso so importantes do ponto de vista da aplicao em turbinas de jatos, j que esses componentes so projetados com estreitas tolerncias dimensionais para operar bem em servio, alm de um baixo coeficiente de expanso trmica contribuir para minimizar as tenses trmicas, minimizando assim a ocorrncia de empenamento e fadiga trmica [1].

C) Superligas de Nquel Mais Utilizadas e suas AplicaesLigas TrabalhadasNo final de 1941 na Gr-Bretanha foi lanada no mercado a liga Nimonic 75 e pouco depois a liga endurecvel por precipitao denominada Nimonic 80. Estas ligas nada mais eram do que modificaes da liga j existente contendo 80 % de nquel e 20 % de cromo com adies de titnio e alumnio para viabilizar o endurecimento por precipitao atravs da formao de precipitados do tipo gama linha, ou seja, de partculas coerentes com estrutura cristalina tipo CFC e composio qumica do tipo Ni3(Al,Ti).Nos Estados Unidos o monel (liga nquel-cobre) endurecido pelos precipitados gama linha est em produo comercial desde 1928, e o nquel endurecvel por precipitao desde 1934. Desde 1939 comeou o desenvolvimento de ligas nquel-cromo-ferro, assim como de tratamentos trmicos de solubilizao e envelhecimento de modo a maximizar sua resistncia mecnica em alta temperatura. Estas ligas so baseadas no Inconel 600 (que fica em soluo slida em alta temperatura) e envolve a adio de titnio e de alumnio para obter o efeito de endurecimento por precipitao atravs da formao de partculas de fase gama linha. A adio de 1 % de nibio ento criou a amplamente usada liga Inconel X-750.Durante o final dos anos 1940 foram desenvolvidas as ligas Waspaloy e M-252, que se caracterizaram pela adio de molibdnio com duplo efeito de endurecimento por soluo slida e de formao de carbetos. Estas ligas foram ento muito usadas na fabricao de palhetas de turbina forjadas. Na verdade, a primeira aplicao de muitas ligas de nquel trabalhadas foi na fabricao de palhetas de turbinas. Mais recentemente estas ligas tambm passaram a ser usadas na fabricao de outros componentes e algumas ligas foram desenvolvidas especificamente para a fabricao desses outros componentes. Das ligas de desenvolvimento mais antigo, a M-252 permanece em uso na fabricao da estrutura de turbinas, enquanto a liga Waspaloy, desenvolvida inicialmente para a fabricao de palhetas de turbinas, passou a ser usada, de modo bem sucedido, na fabricao de componentes para rodas e de chapas soldadas.Outra liga importante dentro deste grupo a liga Incoloy 901. Estas ligas, assim como outras ligas trabalhadas base de nquel como Waspaloy e Astroloy encontram sua principal aplicao em discos forjados de turbinas. Essas ligas apresentam alta resistncia mecnica nas temperaturas de servio dos discos de turbinas. A aplicao de materiais com resistncia mecnica ainda mais alta permitiria o uso de discos mais finos, reduzindo o peso dos componentes e melhorando o desempenho dos motores. Uma das ligas mais interessantes para essa aplicao a liga AF2-1DA. Aps 11o horas a 650 C a liga Incoloy 901 rompe a uma tenso de 634 MPa, a Inconel 718 a 724 MPa, a Waspaloy a 758 MPa, a Astroloy a 903 MPa e a AF2-1DA a 1083 MPa [1].Ligas FundidasAo final dos anos 1950 o aumento das temperaturas de servio das turbinas era limitado pela capacidade das ligas trabalhadas disponveis, que, alm disso, apresentavam dificuldades no forjamento. Por este motivo, ligas com composio qumica que permitem mais alta resistncia mecnica s podem ser fabricadas por fundio (processo "investimento", ou seja, por cera perdida). Entre as ligas fundidas mais usadas esto a 713C, a Inconel 100, a B-1900, a Udimet 500, a Ren 77, a Ren 80 e a Inconel 738.A necessidade de desenvolver ligas com melhor resistncia corroso em altas temperaturas e boa resistncia mecnica levou ao aumento do teor de cromo, principalmente no caso da fabricao de turbinas industriais a gs que devem suportar longo tempo de servio em alta temperatura, resistindo corroso a quente. Algumas dessas turbinas podem operar com combustveis contendo enxofre e vandio, ou podem ser utilizadas em embarcaes, entrando em contato com sais marinhos. Para essas aplicaes foram desenvolvidas ligas com melhor resistncia corroso em altas temperaturas, embora mantendo simultaneamente alta resistncia ruptura por fluncia. Exemplos de ligas desenvolvidas com esta finalidade so a Inconel 738, a Mar-M 421, a Udimet 710, e, posteriormente, ligas com maior resistncia mecnica mantendo alta resistncia corroso, como a Ren 80, a Inconel 792 e a Mar-M 432. A boa resistncia corroso dessas ligas obtida pela manuteno de teores de cromo moderadamente altos juntamente com uma razo titnio/alumnio relativamente alta e utilizando-se um balano cuidadoso de adies de metais refratrios. Destas ligas testadas em laboratrio as que apresentaram resistncia corroso em alta temperatura mais elevada foram s ligas Udimet 500 e Inconel 738. Estas ligas so competitivas com superligas de cobalto em termos de resistncia corroso em alta temperatura. Enquanto a liga Udimet 500 de desenvolvimento mais antigo e apresenta capacidade de resistncia mecnica em alta temperatura (935 C) moderada, a liga Inconel 738, desenvolvida mais recentemente, apresenta maior capacidade de resistncia mecnica em alta temperatura (980 C).Ligas como a B-1900, a 713C e a Inconel 100 oferecem uma excelente combinao de resistncia mecnica em temperaturas intermedirias e elevadas. Inconel 738 e Ren 80 foram desenvolvidas posteriormente e alm de alta resistncia mecnica, apresentam excelente resistncia corroso em alta temperatura. As superligas de nquel fundidas, em geral, oferecem uma tima combinao de resistncia mecnica em altas temperaturas e em temperaturas intermedirias, necessria para a aplicao em palhetas de turbinas. Alm disso, apresentam boa dutilidade, resistncia oxidao/corroso em alta temperatura, estabilidade microestrutural e fundibilidade. Essa combinao de propriedades levou a uma ampla utilizao em ventoinhas, rodas e palhetas de turbinas.O uso do hfnio, em ligas como TRW-NASA VIA e Mar-M 247, melhora a dutilidade em temperaturas intermedirias, embora estas ligas, que apresentam elevada resistncia mecnica, possuam resistncia corroso relativamente baixa. Por outro lado, a liga Inconel 792 combina a alta resistncia mecnica da liga Inconel 100 com a excelente resistncia corroso em alta temperatura da liga Udimet 500.As tabelas mostradas a seguir apresentam dados de composio qumica e de resistncia mecnica das superligas de nquel mais utilizadas [1].

Tabela 1.1 Composio Qumica de Superligas de Nquel Fundidas.LigaNiCrCoMoWTaNbAlTiCBZrOutros

713C7412,5---4,2------2,06,10,80,120,0120,10---

713LC7512,0---4,5------2,05,90,60,050,0100,10---

B-1900648,010,06,0---4,0---6,01,01,00,0150,10---

FORD 406606,010,01,08,56,02,04,52,00,130,0180,06---

Inconel 100609,515,03,0---------5,54,20,180,0140,061,0 V

Inconel 1627310,0---4,02,02,01,06,51,00,120,0200,10---

Inconel 731679,510,02,5---------5,54,60,180,0150,061,0 V

Inconel 7386116,08,51,72,61,70,93,43,40,170,0100,10---

Inconel 7926112,49,01,93,83,9---3,14,50,120,0200,10---

M22715,7---2,011,03,0---6,3---0,13---0,60---

MAR-M20060609,010,0---12,0---1,05,02,00,150,0150,05---

MAR-M200DS609,010,0---12,0---1,05,02,00,130,0150,05---

MAR-M246609,010,02,510,01,5---5,51,50,150,0150,05---

MAR-M4216115,89,52,03,8---2,04,31,80,150,0150,05---

MAR-M4325015,520,0---3,02,02,02,84,30,150,0150,05---

NX188DS74------18,0---------8,0---0,04---------

Ren 775814,615,04,2---------4,33,30,070,0160,04---

Ren 806014,09,54,04,0------3,05,00,170,0150,03---

SEL5115,022,04,54,5------4,44,40,080,015------

SEL-155811,014,56,51,5---0,55,42,50,070,015------

TAZ-8A686,0---4,04,08,02,56,0---0,120,0041,00---

TRW-NASAVIA616,17,52,05,89,00,55,41,00,130,0200,130,5 Re0,4 Hf

Udimet 5005218,019,04,2---------3,03,00,070,070,05---

Tabela 1.2 Composio Qumica de Superligas de Nquel TrabalhadasLigaNiCrCoMoWTaNbAlTiFeMnSiCBZrOutros

Astroloy55,115,017,05,25---------4,03,5---------0,060,030------

D-97945,015,0---4,04,0------1,03,027,0------0,050,0100------

Hasteloy X47,322,01,59,00,6------------18,50,500,500,10---------

Inconel 60076,615,8---------------------7,20,200,200,04---------

Inconel 60160,723,0---------------1,35---14,10,500,250,05---------

Inconel 62561,122,0---9,0------4,00,20,23,00,150,300,05---------

Inconel 70641,516,00,50,5------2,90,21,7540,00,180,180,03---------

Inconel 71853,018,6---3,1------5,00,40,918,50,200,300,04---------

Inconel X 75073,015,0------------0,90,82,56,80,700,300,04---------

IN 10267,915,0---3,03,0---3,00,40,67,0------0,060,0050,030,02Mg

IN 58747,228,520,0---------0,71,22,3---------0,050,0030,05---

IN 59748,424,520,01,5------1,01,53,0---------0,050,0120,050,02Mg

IN 85374,620,0---------------1,52,5---------0,050,0070,071,3Y2O3

M 25255,220,010,010,0---------1,02,6---0,500,500,150,005------

Nimonic 7578,820,0------------------0,4---0,100,700,01---------

Nimonic 80A74,719,51,1------------1,32,5---0,100,700,06---------

Nimonic 9057,419,518,0------------1,42,4---0,500,700,07---------

Nimonic 10553,314,520,05,0---------1,24,5---0,500,700,20---------

Nimonic 11557,315,015,03,5---------5,04,0---------0,15---------

Nimonic PE.1139,018,01,05,25---------0,852,3533,5------0,05---------

Nimonic PE.1643,516,51,03,3---------1,21,233,00,100,150,050,020------

Nimonic PK.3355,918,514,07,0---------2,02,00,250,100,150,050,030------

Nimonic 12063,812,510,05,7---------4,53,5---------0,04---------

Nimonic 94249,512,51,06,0---------0,63,927,5------0,03---------

Pyromet 86043,012,64,06,0---------1,253,030,00,050,050,050,010------

RA-33345,025,53,03,03,0------------18,01,501,200,05---------

Ren 4155,319,011,010,0---------1,53,1---------0,090,005------

Ren 9561,314,08,03,53,53,5---3,53,5---------0,150,0100,05

TD Nickel98,0------------------------------------------2,0ThO2

TD NiC78,020,0---------------------------------------2,0ThO2

Udimet 50053,618,018,54,0---------2,92,9---------0,080,0060,05---

Udimet 52056,919,012,06,01,0------2,03,0---------0,050,005------

Udimet 70053,415,018,55,2---------4,33,5---------0,080,030------

Udimet 71054,918,015,03,01,5------2,55,0---------0,070,020------

UnitempAF2-1DA59,512,010,03,06,01,5---4,63,0---------0,320,0150,10---

Waspaloy58,319,513,54,3---------1,33,0---------0,080,0060,06---

Tabela 1.3 Resistncia Trao (UTS) em Diferentes Temperaturas de Algumas Superligas de Nquel Fundidas (Unidade: MPa).Liga21 C538 C649 C760 C

713C849862870939

713LC8978971082953

B-190097410071015953

FORD 4061035---------

IN-1001014109211111070

IN-1621007102210921007

IN-731834---897917

IN-738109910001063966

IN-7921172---10901132

M-22731781834911

MAR-M 200932946953932

MAR-M 200 DS1000101510221049

MAR-M 246966100010351035

MAR-M 4211082946966953

MAR-M 4321242110410891077

NX 188 DS1042---10901193

Ren 77102210151049939

Ren 80102910291029994

SEL1021---911876

SEL-151062---11021090

TAZ-8884------884

TRW-NASA VIA1049---11391098

Udimet 500932897884855

WAZ-20 DS897---828828

Tabela 1.4 Resistncia ao Escoamento (YS) em Diferentes Temperaturas de algumas Superligas de Nquel Fundidas (Unidade: MPa).Liga21 C538 C649 C760 C

713C739704718745

713LC752760786760

B-1900828870925808

FORD 406931---------

IN-100849884890862

IN-162815794855849

IN-731725---745774

IN-738952794815794

IN-792106211021102994

M-22684731766774

MAR-M 200841849855841

MAR-M 200 DS862876890925

MAR-M 246862862862862

MAR-M 421931815821862

MAR-M 4321070911911911

NX 188 DS959---10491146

Ren 77794731718690

Ren 80855731725718

SEL904---794794

SEL-15897---863814

TRW-NASA VIA939---945945

Udimet 500815725704704

Tabela 1.5 Resistncia Trao (UTS) em Diferentes Temperaturas de algumas Superligas de Nquel Fundidas (Unidade: MPa).Liga21 C538 C649C760 C871 C

Astroloy1414124213111159773

D-979140812971104718345

Hastelloy X787649572435255

Inconel 600621579448186103

Inconel 601738725525290159

Inconel 625855745711504283

Inconel 706129711241014690---

Inconel 718 barra143512761228952338

Inconel 718 chapa127611451034676---

Inconel X-7501117966828483234

IN-102959828711441314

IN-587118010341007828525

IN-597122111391062931---

IN-8531207973828580228

M-252124112281159945511

Nimonic 75752635538290145

Nimonic 80 A123511041000758400

Nimonic 90124111041034828428

Nimonic 105114511041075966607

Nimonic 1151241109011241083828

Nimonic PE.111090966911766---

Nimonic PE.16855725635456179

Nimonic PK.331117959959835566

Nimonic 1201151104510511020778

Nimonic 942140513081226792---

Pyromet 860129712551110910---

Ren 411421140113391104621

Ren 951620155014621171---

TD Nickel barra690310262228193

TD Nickel chapa448228193172145

TD NiC945683435269186

Udimet 5001311124212141041642

Udimet 520131112421173725517

Udimet 7001408127612421034690

Udimet 7101187115112901021704

Unitemp AF2-1DA1290133913591152828

Waspaloy127611721117794525

Tabela 1.6 Resistncia ao Escoamento (YS) em Diferentes Temperaturas de algumas Superligas de Nquel Trabalhadas (Unidade: MPa).Liga21 C538 C649 C760C871C

Astroloy1048966966910690

D-9791007925891656304

Hastelloy X358290288262179

Inconel 60024819317910762

Inconel 601338152179200138

Inconel 625490407421421278

Inconel 706980896829676---

Inconel 718 barra118610641021739331

Inconel 718 chapa1056745869628---

Inconel X-750635580566456166

IN-102504400400386200

IN-587704624614607400

IN-597759718676663---

IN-853890739724559214

M-252842766745718483

Nimonic 80 A621531552504262

Nimonic 90808725684538262

Nimonic 105814773800655366

Nimonic 115863793814800552

Nimonic 120867763775785600

Nimonic 9421062964999880---

Pyromet 860835842849835---

Ren 41106110181000938552

Ren 951310125512201102---

TD Nickel barra552297248214179

TD Nickel chapa311207179159131

TD NiC614448366262179

Udimet 500842793759731497

Udimet 520862830793725518

Udimet 700965897855829635

Udimet 710910848862814635

Unitemp AF2-1DA1048109510951005717

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http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0370-44672007000100023&script=sci_arttext1. IntroduoOs aos especiais de alta liga e as ligas especiais base de nquel so objeto de grande interesse por parte de empresas, uma vez que apresentam alto valor agregado; por esse motivo, demandam um conhecimento profundo da sua metalurgia. Os aos especiais de alta liga so os aos com teor de elementos de liga maior que 8%, cujas caractersticas e propriedades finais so fortemente condicionadas pelo processo de fabricao. J as ligas especiais so, em sua maioria, constitudas por ligas base de nquel e possuem caractersticas especiais [1].Entre as famlias desses materiais, so objeto de interesse, no presente estudo, os aos inoxidveis austenticos e as ligas base de nquel. Esses materiais representam uma parcela importante das ligas usadas, principalmente, nas indstrias aeronutica, qumica, naval, alimentcia e biomecnica. Os aos inoxidveis, a cada dia, conquistam maior destaque no mercado de materiais, pelas propriedades mecnicas adequadas aliadas elevada resistncia corroso. Entretanto a composio requerida, para permitir tais propriedades, compromete sua usinabilidade, devido alta taxa de encruamento [2,3]. Em geral, a usinabilidade de aos inoxidveis e ligas base de Ni requer maior potncia, menores velocidades de corte, mquinas e ferramentas mais rgidas e ferramentas com geometrias e revestimentos especiais [4,5].O cromo e o nquel so os elementos de liga principais presentes na composio dos aos inoxidveis: a presena do cromo aumenta, grandemente, a resistncia corroso; o nquel, por sua vez, promove a formao e estabilizao da austenita, promovendo um aumento considervel na resistncia mecnica. Em relao s propriedades em usinagem, a presena desses elementos prejudicial, uma vez que uma melhor usinabilidade est associada a uma condio de baixa dureza (e resistncia) e baixa ductilidade [6]. Os aos inoxidveis austenticos no estado solubilizado apresentam alto coeficiente de encruamento e alta ductilidade.A caracterizao mecnica das ligas visa a observar as alteraes causadas pela deformao imposta pelo processo de usinagem, assim como pelo aumento de temperatura que ocorre na interface pea/ferramenta. Espera-se, com essa caracterizao, facilitar o entendimento do comportamento do material sob usinagem e proporcionar condies de promover melhorias no processo, visando a aumentar a produtividade em empresas que utilizam o processo na fabricao e/ou transformao de ligas inoxidveis.2. Procedimento experimentalAs ligas utilizadas nesse trabalho foram produzidas pela Villares Metals, cujas composies encontram-se naTabela 1. Os teores de nquel variaram de 0 a 60%.O material foi forjado e laminado em temperaturas na faixa de 1150 a 1180C. A liga com 0% de nquel foi recozida a 790C por 1 hora e resfriada, rapidamente, com ar soprado. As demais ligas foram recozidas a 1050C por 1 hora e resfriadas em gua. O material foi entregue na forma de barras de seo circular, com dimetro de 54 mm.Os espectros de raios X foram obtidos utilizando um difratmetro de raios-X DMAX2200, Rigaku Co. Para determinar o ponto de fuso das ligas estudadas, foram realizados ensaios de anlise trmica em um equipamento STA 409 Termische Analyse, da Netzsch, que atinge a temperatura mxima de 1500C.Os ensaios de trao foram realizados em uma mquina MTS, utilizando-se corpos-de-prova cilndricos, com comprimento da parte til de 30 mm e dimetro de 4,95 0,05 mm. Foram realizados ensaios de trao temperatura ambiente (5 corpos-de-prova para cada uma das ligas) e ensaios a 350C (3 corpos de prova para cada uma das ligas), tentando simular o aquecimento que ocorre devido ao processo de usinagem [7]. Os corpos-de-prova para os ensaios a quente foram usinados nas mesmas dimenses, mas com roscas nas extremidades. O aquecimento foi feito atravs de um forno de resistncias eltricas. Atingida a temperatura de ensaio, o corpo-de-prova era mantido a essa temperatura por 5 minutos e, ento, ensaiado.Os ensaios de dureza foram realizados segundo Norma ASTM E 382-89, em um microdurmetro 1600-6300, da Buehler, utilizando carga de 1 kgf. Mediu-se a dureza na liga recozida (como recebida) e, aps o ensaio de trao, na temperatura ambiente (regio prxima ao local de rompimento do corpo-de-prova), nas direes transversal e longitudinal, conforme esquema apresentado naFigura 1, foram realizadas 5 medidas de dureza em cada uma das sees dos corpos-de-prova, totalizando 25 medidas de dureza para cada liga. Para o caso do material no estado recozido, foram realizadas 20 medidas ao longo do dimetro das barras.

3. Resultados e discussesOs espectros de raios X, para as ligas aps o recebimento, so apresentados naFigura 2(a)e, aps a realizao dos ensaios de trao temperatura ambiente, naFigura 2(b). Esse segundo conjunto de padres de raios X foi levantado com o objetivo de observar o efeito da deformao sobre o comportamento das ligas, no sentido de se observar a ocorrncia de transformaes de fases provocadas pelas deformaes impostas. Como se pode observar naFigura 2(a), obteve-se, para a liga sem adio de nquel, uma microestrutura totalmente ferrtica, como era esperado. As demais ligas, independentemente do teor de nquel, apresentaram-se totalmente austenticas, sem a presena de outras fases. No segundo conjunto de espectros (Figura 2(b)), para a liga com 10% de nquel observaram-se uma mudana na intensidade, principalmente no primeiro pico, e o aparecimento de outro pico, prximo a 35, sugerindo a formao de martensita. Esse fato ser investigado, posteriormente, atravs da caracterizao microestrutural das amostras e de um refino dos dados de difrao de raios X.

Os dados obtidos, nos ensaios de anlise trmica, so apresentados naFigura 3, onde se observa uma ligeira tendncia diminuio do ponto de fuso das ligas, medida que se aumenta o teor de nquel das mesmas. Esse resultado era esperado e previsto pelo diagrama ternrio Fe-Cr-Ni, ilustrado naFigura 4[8]. Observa-se, ainda, que os valores obtidos esto coerentes com os valores disponveis na literatura. A liga com 0% de Ni no fundiu at a temperatura de 1500C, o que est de acordo com o diagrama, que indica mudana de estado a aproximadamente 1520C para essa composio.

Os resultados dos ensaios de trao temperatura ambiente e a 350C so apresentados nasFiguras 5 a 7.

NaFigura 5, observa-se o efeito do teor de nquel no LE (limite de escoamento) das ligas estudadas. Como se pode observar, a liga ferrtica (0% Ni) apresentou o maior valor de LE (271 MPa temperatura ambiente e 170 MPa a 350C). As amostras austenticas apresentaram menores valores para essa propriedade (160 a 185 MPa para as ligas ensaiadas na temperatura ambiente e de 120 a 150 MPa para as ligas ensaiadas a 350 C). O fato de a liga ferrtica (0%Ni) apresentar valores mais altos para essa propriedade, nas duas condies de ensaio, pode ser associado sua estrutura cristalina, uma vez que materiais com estrutura cbica de corpo centrado, como a ferrita, oferecem uma maior resistncia ao deslizamento de planos cristalinos do que a austenita, que tem estrutura cbica de face centrada [9]. DaFigura 5, observa-se, ainda, que os valores obtidos nos ensaios a 350C so sempre menores que os obtidos na temperatura ambiente. Esse comportamento esperado, uma vez que o aumento da temperatura do ensaio facilita o deslizamento de planos atmicos. Aumentando-se o teor de nquel, ocorre uma elevao contnua no LE a 350C. No ensaio temperatura ambiente, ocorre uma reduo do LE, quando o valor de nquel aumentado de 10 para 20 e 40%, sendo que o LE volta a aumentar para 60% de nquel.Por outro lado, observa-se, naFigura 6, que o LR (limite de resistncia trao) da liga ferrtica (0% Ni) menor que o das ligas austenticas. Na temperatura ambiente, o LR da liga ferrtica foi 430 MPa contra 507 a 580 MPa das ligas austenticas. Na temperatura de 350C, o LR da liga ferrtica foi de 310 MPa contra 380 a 480 MPa das austenticas. O aumento do nquel nas ligas austenticas provocou uma variao no LR anloga detectada no LE: aumentando-se o teor de nquel ocorre uma elevao continua no LR a 350C. No ensaio temperatura ambiente, ocorre uma reduo do LR, quando o valor de nquel aumentado de 10 para 20 e 40%, sendo que o LR volta a aumentar para 60% de nquel. Segundo Choudhury [10], a adio de nquel eleva a resistncia mecnica e a tenacidade da liga. As ligas austenticas apresentam alta capacidade de absorver trabalho a frio, por encruamento e formao de martensita [9]. Foi realizado um teste magntico em cada uma das ligas: no estado recozido, aps ensaio de trao temperatura ambiente e aps ensaio de trao a 350C. Para as ligas no estado recozido, apenas a liga sem nquel (ferrtica) apresentou carter magntico, o mesmo ocorrendo nos testes feitos nas ligas aps trao a 350C, indicando que as ligas com nquel eram totalmente austenticas. Na liga totalmente ferrtica, esse resultado era esperado, uma vez que a fase ferrita magntica. Aps ensaio de trao temperatura ambiente, as ligas com 0%Ni e com 10%Ni responderam ao teste, indicando a presena de uma fase magntica. Tendo em vista os dados do teste magntico e o alto valor de LR obtido para a liga 10%Ni aps trao a frio, pode-se supor que, nessa liga, houve transformao de austenita em martensita, induzida pela deformao imposta. No ensaio a 350C, no houve formao de martensita e o LR foi bastante reduzido. Assim, os dados, aps ensaio de trao a 350C, indicam o efeito do nquel em aumentar o LR das ligas por soluo slida, livre do efeito de formao de martensita.A liga sem nquel (ferrtica) apresentou uma menor RA (Reduo de rea) que as ligas com nquel, tanto no ensaio de trao temperatura ambiente, como no ensaio a 350C. O teor de nquel entre 10 e 60% no alterou, de maneira significativa, o RA das ligas analisadas.Para se compararem os resultados obtidos, nos ensaios realizados, com os disponveis na literatura, escolheu-se o ao 304L (0,03 C/ 1 Si/ 2 Mn/ 0,045 P/ 0,03 S/ 9-13 Ni e 18-20 Cr, % em peso), cuja composio qumica se aproxima bastante da liga com 10% de nquel desse trabalho. Da literatura, tem-se que, para o ao 304L, no estado recozido, LE = 170 MPa e LR = 450 MPa. Os valores obtidos, nos ensaios realizados, para a liga com 10% de Ni, como recebida, foram LE = 173 MPa e LR = 501 MPa, compatveis com os dados fornecidos pela literatura [11].NaFigura 8, observa-se que todas as ligas (ferritica e austenticas), na condio recozida (como recebida), no apresentaram valores de dureza muito diferenciados, situados na faixa de 140 a 170 HV, mostrando que a variao do teor de nquel no exerceu influncia significativa na dureza. Aps o ensaio de trao, na temperatura ambiente, na regio prxima ao local de rompimento do corpo-de-prova, observou-se uma mudana sensvel na dureza das ligas, tendo as ligas austenticas apresentado uma dureza sempre maior que a liga ferrtica. Os valores de dureza apresentados so referentes s medidas feitas na seo transversal do corpo-de-prova. Cabe, porm, ressaltar que os valores obtidos, nas medidas realizadas, na seo longitudinal, so muito prximos, no justificando a necessidade de apresent-los. A dureza nas ligas com nquel, aps o ensaio de trao temperatura, apresentou um comportamento semelhante ao observado no LR obtido temperatura ambiente (Figura 6): uma alta dureza para 10 % Ni, depois uma reduo da dureza, quando o valor de nquel aumentado de 10 para 20 e 40%, sendo que a dureza volta a aumentar para 60% Ni. A liga com 10% Ni apresentou um valor de dureza prximo a 350 Vickers, enquanto que, nas outras ligas com nquel, esse valor ficou em torno de 250 Vickers, reforando a hiptese de que o encruamento sofrido pode ter provocado a formao de martensita. Esse aspecto continua a ser mais bem investigado atravs da caracterizao microestrutural da amostra.Ni Nquel ponto de fuso 1453 C. Confere ao ao maior penetrao de tmpera, pois diminui consideravelmente a velocidade crtica de resfriamento. O nquel, quando ligado ao cromo, aumenta a tenacidade do ao beneficiado. Em grandes teores, junto ao cromo, torna o ao resistente corroso e ao calor. Influi diretamente para que o gro se torne mais fino. No elemento formador de carbonetos.

4. ConclusesPara ligas 18Cr-0,01C-0,2Si-0,4Mn (% em peso) com diferentes teores de nquel (0, 10, 20, 40 e 60, % em peso), observou-se que:1. A adio de nquel fez com que a estrutura mudasse, no estado recozido, de totalmente ferrtica para totalmente austentica, ficando, ainda, evidente que a elevao do teor de nquel provocou uma reduo no ponto de fuso dessas ligas.2. A liga ferrtica (0% Ni) apresentou os maiores valores para o limite de escoamento (LE), tanto no ensaio de trao temperatura ambiente, como no ensaio de trao a 350C. Nas ligas com nquel, o aumento no teor desse elemento provocou discreta elevao no LE, tanto no ensaio de trao temperatura ambiente, como no ensaio de trao a 350C.3. A liga ferrtica (0% Ni) apresentou os menores valores para o limite de resistncia (LR), tanto no ensaio de trao temperatura ambiente, como no ensaio de trao a 350C.4. Das ligas com nquel, a de 10% Ni foi a que apresentou o maior valor de LR no ensaio de trao temperatura ambiente, alm de ser a nica a apresentar caractersticas magnticas aps tal ensaio, indicando que a deformao deva ter induzido a formao de martensita na mesma, explicando o seu maior LR e sua maior dureza (medida na regio deformada aps o ensaio de trao).5. O ensaio de trao a 350C indicou que a elevao do teor de nquel provocou um aumento continuo no LR pelo mecanismo de endurecimento por soluo slida, visto que, aps o ensaio, a liga com 10% Ni no mais apresentava caractersticas magnticas, indicando no haver martensita na mesma.6. A liga sem nquel (ferrtica) apresentou uma menor RA (Reduo de rea) que as ligas com nquel, tanto no ensaio de trao temperatura ambiente, como no ensaio a 350C. O teor de nquel entre 10 e 60% no alterou, de maneira significativa, o RA das ligas analisadas.5. AgradecimentosAo CNPq, e Villares Metals e Bosch pelo suporte financeiro dado a esse projeto. Aos tcnicos do DEMA e do DEF da Faculdade de Engenharia Mecnica da UNICAMP.6. Referncias bibliogrficas1. WARBURTON, P.Iron and Steel Institute Special Report, n. 94, p. 161, 1965.[Links]2. EZUGWU, E.O., BONNEY, J., YAMANE, Y. An overview of the machinability of aeroengine alloys.J. Materials Processing and Engineering, v. 134, p. 233-253, 2003.[Links]3. HUTCHINGS, I.M. Tribology: friction and wear of engineering materials.Arnold, 1995.[Links]4. ZUM GAHR, K.H. Wear by hard particles.Tribology International, 31, p.587-596, 1998.[Links]5. WILLIAMS, J.A. The laboratory simulation of abrasive wear.Tribotest Journal, 3-3, p.267-306, 1997.[Links]6. TAKATSU, S. Recent development in hard cutting tool materials.High Temp. Mat. Proc., v. 9, p. 175, 1990.[Links]7. MILLER, M.R., MULHOLLAND, G., ANDERSON, C. Experimental cutting tool temperature distributions.J. Manufacturing Science and Engineering, v. 125, p. 667-673, 2003.[Links]8. BAKER, H. Alloy Phase Diagrams.ASM Handbook., v. 3, p. 2-153 e p. 3- 43, 1992.[Links]9. MONTHEILLET, F., COHEN, M., JONAS, J.J. Axial stresses and texture development during the torsion testing of Al, Cu and -Fe.Acta Metallurgica, v. 32, p. 2077-2089, 1984.[Links]10. CHOUDHURY, I.A., EL-BARADIE, M.A. Machinability of nickel-base super alloys: a general review,J. Mat. Proc. Tech., p.278, 1998.[Links]11.WASHKO, S.D., AGGEN, G. Wrought Stainless Steels. ASM Handbook.Properties and Selection: Irons, Steels and High-performance Alloys., v. 1, p. 841, 1990.[Links]