Avaliação do comportamento mecânico em fluência e de oxidação da superliga MAR-M246 convencional e modificada pela substituição do Ta pelo Nb

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Alkmin, Luciano Braga
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Creep; Fluência; MAR-M246; Ni superalloys; Nióbio; Niobium; Oxidação; Oxidation; Superligas à base de Ni
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/97/97134/tde-25082021-133338/

MAR-M246 é uma superliga à base de Ni para uso em elevadas temperaturas em motores aeroespaciais e em aplicações de turbocompressores automotivos. Neste último, as temperaturas operacionais variam de 800ºC (motor diesel) a 1000°C (motor a gasolina), combinadas com altas cargas centrífugas. Assim, a resistência à fluência e a oxidação a longo prazo são os principais requisitos que a liga deve apresentar. Considerando o custo mais baixo de Nb e sua similaridade química com Ta, este trabalho investigou a substituição de Ta por Nb (em uma base de %at.) na superliga MAR-M246. A produção da liga MAR-M246 convencional com Ta e modificada com Nb foi realizada através de fusão por indução a vácuo (VIM) em moldes na forma de barras cilíndricas. Os testes de fluência foram realizados ao ar, a 800°C (475/500/550MPa), 900°C (300/350/400MPa) e 1000°C (150/200/225MPa). Testes adicionais de fluência sob alto vácuo foram realizados a 900°C/350MPa. Os ensaios de oxidação pseudo-isotérmicos foram realizados ao ar atmosférico a 800, 900°C/1000hs e 1000°C/600hs. O ganho de massa foi monitorado manualmente em uma balança analítica. As amostras foram testadas na condição \"as-cast\" porque rotores de turbocompressores automotivos são geralmente aplicados nessa condição. As alterações microestruturais ocorridas durante os testes foram caracterizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e por Espectroscopia Dispersiva de Energia (EDS). A identificação dos óxidos foi realizada pela técnica de difratometria de raios X (DRX). A 800°C, ambas as ligas apresentaram comportamento em fluência muito semelhante. A 900°C e 1000°C, a liga convencional mostrou melhores propriedades associadas a menores danos no \"bulk\" e perto das regiões da superfície. Foi observado que a oxidação diminui a vida de ruptura por fluência de ambas as ligas, comparando os resultados ao ar com as amostras testadas a vácuo. Os produtos de oxidação foram Al2O3, Cr2O3, Espinélio (NiCr2O4 e CoCr2O4) e TiO2. A 1000°C, a liga modificada por Nb apresentou oxidação interna excessiva e destacamento da camada de óxidos como os principais mecanismos de danos. Do ponto de vista cinético, ambas as ligas exibem o mesmo comportamento a 800 e 900°C, com valores de kp típicos de ligas formadoras de alumina 10-12 a 10-14. No entanto, as ligas com Ta exibiu resistência superior à oxidação a 1000°C, devido à melhor aderência da escala de óxido protetor. As propriedades de fluência/oxidação inferiores na liga com Nb em T> 800°C devem estar associadas à maior difusividade de espécies nessa liga em comparação com a liga com Ta, levando a várias mudanças microestruturais e a danos maiores, e reduzindo a vida de ruptura por fluência.