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Metais & Ligas | Níquel | Informações Técnicas

Influência dos Elementos de Liga na Microestrutura e nas Propriedades das Superligas de Níquel 

a) Cromo: Resistência à Corrosão

As excelentes propriedades das superligas de níquel em altas temperaturas (resistência mecânica e resistência à corrosão) são obtidas mediante a adição de determinados elementos de liga, que melhoraram muito as propriedades que seriam obtidas apenas com a matriz austenítica (CFC) rica em níquel, conhecida como fase gama. A adição de cromo melhora a resistência à oxidação-corrosão em alta temperatura, mediante a formação de uma camada passivante do óxido Cr2O3, que sendo estável e aderente, funciona como uma verdadeira barreira que impede o avanço da corrosão, num mecanismo idêntico ao encontrado nos aços inoxidáveis e semelhante ao que a formação do óxido Al2O3 representa para as ligas de alumínio em baixas temperaturas [2].

Em teores inferiores a 20 % o cromo não contribui efetivamente para o aumento da resistência à corrosão das superligas de níquel em altas temperaturas. Somente acima deste teor a camada passivante de Cr2O3 adquire a espessura, a aderência, a densidade e a consistência necessárias para impedir o avanço dos átomos de oxigênio em difusão. Na faixa de 20 a 30 % de cromo a taxa de oxidação é constante e equivale a cerce de 10 % da taxa encontrada no níquel puro submetido às mesmas condições de oxidação [2].

Outra característica importante é a aderência da camada protetora de óxido. O metal e a camada de óxido possuem diferentes coeficientes de expansão térmica, e assim haveria a possibilidade de fratura frágil da camada de óxido devido às tensões térmicas, levando à separação da camada, se as temperaturas se alterarem em relação à temperatura de formação do óxido. Esta separação da camada de óxido exporia o metal à oxidação (corrosão) mais intensa, eliminando o efeito de passivação. Entretanto, foi observado que a camada de Cr2O3 é extremamente aderente, e assim a resistência à oxidação permanece mesmo nessas condições cíclicas [2].

Apenas o cromo apresenta esse efeito de aumentar a resistência à corrosão das superligas de níquel, os demais elementos são adicionados basicamente com o propósito de melhorar a resistência mecânica. Ligas Ni-Cr são monofásicas até um teor de cromo da ordem de 35 %, enquanto as superligas de níquel são polifásicas. Entretanto, o cromo não possui efeito endurecedor efetivo além do endurecimento por solução sólida e de propiciar a formação de carbonetos [2].

b) Alumínio, Titânio, Nióbio e outros elementos: Fases gama linha e Gama duas linhas (endurecedoras)

PPor outro lado, a adição de alumínio e de titânio nas superligas de níquel tem uma função diferente: esses elementos se combinam com o níquel para formar a fase gama linha (Ni3(Al,Ti)), que é responsável pelo endurecimento das superligas, de modo semelhante ao que ocorre nas ligas de alumínio endurecíveis por precipitação, porém sendo muito mais estável do ponto de vista termodinâmico, favorece a manutenção dessa elevada resistência mecânica mesmo em altas temperaturas. Sendo assim, a resistência mecânica das superligas de níquel é fortemente influenciada pelas características das partículas de fase gama linha, como sua quantidade, tamanho médio, formato e distribuição, uma vez que essas partículas, coerentes com a matriz, induzem o aparecimento de distorções no reticulado da mesma, as quais estão associadas a tensões elásticas que dificultam o movimento de discordâncias, de modo muito semelhantes ao que ocorrer com as partículas coerentes de segunda fase nas ligas de alumínio endurecíveis por precipitação (termicamente tratáveis). Os precipitados de fase gama linha geralmente são muito finos e assim só podem ser observados por microscopia eletrônica, de varredura e de transmissão. Se formato mais comum é aproximadamente cúbico, entretanto podem ser encontrados com outras morfologias, dependendo do ciclo termomecânico ao qual a liga foi submetida [2].

Elementos que possuem tamanho de átomo muito diferente do tamanho do átomo de níquel em geral são poderosos endurecedores por solução sólida. Se, além disso, apresentam baixa solubilidade no níquel, então são poderosos endurecedores através da formação de segunda fase. O tântalo e o nióbio são poderosos endurecedores por solução sólida, ao passo que o molibdênio, o tungstênio e o cromo também, embora em escala menor [2].

O alumínio é solúvel no níquel em altas temperaturas e o resfriamento rápido mantém a solução sólida supersaturada à temperatura ambiente. O aquecimento posterior em temperaturas mais baixas permite a precipitação controlada da fase gama linha (Ni3Al). Esse efeito de endurecimento por precipitação ocorre quando o teor de alumínio é de 5 a 12 %. Como a fase gama linha é cúbica de face centrada do mesmo modo que a matriz gama, e a diferença entre os parâmetros de rede é de apenas 0,5 a 1 %, aproximadamente, os precipitados de fase gama linha são coerentes com a matriz gama. Acima de 5 horas de envelhecimento começa o coalescimento das partículas de fase gama linha que leva à redução da dureza (superenvelhecimento) [2].

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