Superligas

Teoria Completa

E aí, tudo bem?

Fala ai galera, vocês devem ter olhado para o titulo e ter pensado WTF????? Simmm gurizada temos essa super classificação dos metais não ferrosos, e porque estes materiais são considerados superligas? Vem comigo...

Superligas

Para entendermos melhor sobre este material, vamos voltar a uns anos atrás... esses materiais foram desenvolvidos depois da 2º guerra mundial, pois era necessário “super” materiais, materiais com uma boa resistência mecânica, à corrosão (em altíssimas temperaturas), esses materiais tende a apresentar uma boa resistência à fadiga e a fluência.

As superligas mais usuaaais são a base de: ferro, níquel e cobalto. Vamos entender como funciona cada umas dessas superligas!!

Superligas-Níquel

Essa classificação de supermateriais foram produzidas para serem utilizados em condições que exijam uma enoooorme resistência mecânica a altas temperaturas e deve resistir à fluência.

E para resistir à fluência o que é necessário??

Para ter uma boa resistência à fluência o material deve ter uma elevada rigidez e uma baixa taxa de difusão a altas temperaturas. E sabe onde ele é mais usado? Turbinas de avião, de vapor, centrais nucleares entre outros.

Superligas- Cobalto

Essas superligas são usadas em condições de trabalho onde a temperatura varia entre: 540 °C e 1204°C e esses materiais apresentam uma elevada dureza.

As superligas de cobalto mais usadas na indústria são a Haynes 25 e a Stellite 6B. A Haynes 25 é muuuuito usada em elementos que trabalham em altas temperaturas, em turbinas a gás (na figura alí em baixo) e reatores nucleares, além de peças que devem suportar ao desgaste.

A Stellite 6B, que tem um teor maior de cromo, e tem uma alta resistência à erosão, usada em tubulações que transportam fluidos com partículas em suspensão em altas velocidades e temperaturas, cascos, cabos e palhetas de turbinas, tubos e válvulas . Não sei se vocês sabem mas várias pessoas tem alergia aquelas “bijuterias”, porque geralmente são feitas de níquel, então para evitar reações alérgicas graves, então, componentes médicos são muitas vezes à base de cobalto.

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Exercício Resolvido #1

Elaboração própria

Cite as principais características das superligas.

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Passo 1

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. As superligas de Base Ni podem mostrar temperaturas de fusão menores do que 1205ºC.

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.

Resposta

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. As superligas de Base Ni podem mostrar temperaturas de fusão menores do que 1205ºC.

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.

Exercício Resolvido #2

Elaboração própria

Sobre as características das superligas determine a opção correta:

  1. As propriedades físicas, condutividade térmica e expansão do material por temperatura tendem a ser maiores considerando outros metais
  2. As superligas são relativamente dúcteis
  3. Temperaturas iniciais de fusão são menores para bases de Co do que para Ni ou Fe-Ni
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Passo 1

As propriedades físicas, condutividade térmica e expansão do material por temperatura tendem a ser menores considerando outros metais

Passo 2

As superligas são relativamente dúcteis

Passo 3

Temperaturas iniciais de fusão são maiores para bases de Co do que para Ni ou Fe-Ni

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #3

Elaboração própria

Sobre as superligas a base de níquel, determine a opção correta:

  1. Utilizadas em componentes cuja resistência a degradação superficial a baixas temperaturas se faz necessária,
  2. A estrutura cúbica de corpo centrada (CCC)
  3. Boas propriedades de resistência à oxidação e desgaste até 1093 ºC
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Passo 1

As superligas a base de níquel têm sido extensivamente utilizadas em componentes cuja resistência a degradação superficial a altas temperaturas se faz necessária,

Passo 2

A estrutura cúbica de face centrada (CFC)

Passo 3

boas propriedades de resistência à oxidação e desgaste até 1093oC

Resposta

Alternativa C

Exercício Resolvido #4

Elaboração própria

Sobre as superligas, determine a opção correta:

  1. superligas apresentam geralmente baixos teores de cromo
  2. As superligas pode ser subdividido em dois subgrupos: Ligas endurecidas por solução sólida e Ligas endurecidas por solubilização e precipitação.
  3. O mecanismo de endurecimento é apenas o endurecimento por solução sólida,
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Passo 1

Além dos elementos básicos, como Fe, Ni e Co (porém nem sempre os três elementos conjuntamente), as superligas apresentam geralmente altos teores de cromo (da ordem de 10 a 25 %)

Passo 2

As superligas podem ser subdivididas em dois subgrupos: Ligas endurecidas por solução sólida e Ligas endurecidas por solubilização e precipitação.

Passo 3

Os principais mecanismos de endurecimento que atuam nas superligas de cobalto, assim como nas demais superligas, são: o endurecimento por solução sólida e o endurecimento por precipitação (envelhecimento) e o endurecimento causado pela dispersão de partículas 

Resposta

Alternativa B

Exercício Resolvido #5

Elaboração própria

Cite as principais aplicações das superligas.

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Passo 1

Utilizada na fabricação de turbinas para uso aeronáutico, para turbinas estacionarias, componentes automotivos, molde de fundição, componentes para indústria química e petroquímica.

Resposta

Utilizada na fabricação de turbinas para uso aeronáutico, para turbinas estacionarias, componentes automotivos, molde de fundição, componentes para indústria química e petroquímica.

Exercício Resolvido #6

Elaboração própria

Diferencie as superligas à base de níquel e superligas à base de cobalto

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Passo 1

Superligas de níquel: A estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC) da matriz austenítica, concedida pelo níquel, apresenta grande capacidade de manter resistência à tração, à ruptura e boas propriedades de fluência em temperaturas muito mais altas

Passo 2

Apesar das similaridades ente o cobalto e o níquel, incluindo a estrutura CFC acima de 417 ºC, em poucas ligas de cobalto se forma a fase gama linha, responsável pelo endurecimento por precipitação em muitas ligas de níquel. Por esse motivo, em temperaturas inferiores a cerca de 900 ºC as ligas de níquel apresentam resistência mecânica superior à das ligas de cobalto, situação que se inverte acima de 900 ºC, quando a fase gama linha começa a se dissolver, e quando prevalece o efeito dos carbetos que são mais estáveis do que os carbetos que se formam nas ligas de níquel. De um modo geral as ligas de cobalto apresentam teores de cromo da ordem de 20 a 30 %, pouco ou nada de alumínio e titânio, e teores de carbono muito mais altos dos que os das ligas de níquel

Resposta

Superligas de níquel: A estrutura cristalina cúbica de face centrada (CFC) da matriz austenítica, concedida pelo níquel, apresenta grande capacidade de manter resistência à tração, à ruptura e boas propriedades de fluência em temperaturas muito mais altas

Apesar das similaridades ente o cobalto e o níquel, incluindo a estrutura CFC acima de 417 ºC, em poucas ligas de cobalto se forma a fase gama linha, responsável pelo endurecimento por precipitação em muitas ligas de níquel. Por esse motivo, em temperaturas inferiores a cerca de 900 ºC as ligas de níquel apresentam resistência mecânica superior à das ligas de cobalto, situação que se inverte acima de 900 ºC, quando a fase gama linha começa a se dissolver, e quando prevalece o efeito dos carbetos que são mais estáveis do que os carbetos que se formam nas ligas de níquel. De um modo geral as ligas de cobalto apresentam teores de cromo da ordem de 20 a 30 %, pouco ou nada de alumínio e titânio, e teores de carbono muito mais altos dos que os das ligas de níquel

Exercício Resolvido #7

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, Adaptado

Qual é a diferença principal entre as ligas forjadas e as fundidas? Em qual categoria se encaixam as superligas?

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Passo 1

Galera!!

A principal diferença entre as ligas forjadas e fundidas é a seguinte:

- as ligas forjadas são dúcteis o suficiente para serem trabalhadas a quente ou a frio durante a fabricação

- as ligas fundidas são frágeis, com isso devem ser fabricadas por fundição.

Passo 2

As superligas estão na categoria das ligas fundidas 😊

Resposta

Ligas forjadas: são dúcteis o suficiente para serem trabalhadas a quente ou a frio durante a fabricação.

Ligas fundidas: são frágeis e devem ser fabricadas por fundição.

As superligas são ligas fundidas.

Exercício Resolvido #8

CALLISTER, Ciências dos materiais, 8° edição, cap.11, Nº 12

Dê as características distintas, as limitações e as aplicações dos seguintes grupos de ligas: ligas de titânio, metais refratários, super ligas e metais nobres

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Passo 1

Ligas de titânio: baixa densidade, elevada temperaturas de fusão, boa resistência. Limitação: devido à reatividade química com outros materiais a altas temperaturas, essas ligas são caras para refinar. Aplicações: estruturas de aeronaves, veículos espaciais e nas indústrias química.

Passo 2

Metais nobres: elevada resistente à oxidação, especialmente em temperaturas elevadas; macio e dúctil. Limitação: oneroso. Aplicações: joias, moedas, termopares.

Passo 3

Metais refratários: temperaturas de fusão extremamente elevadas; alto módulos de elasticidade. Limitação: rápida oxidação a elevadas temperaturas. Aplicações: matrizes de extrusão, peças estruturais em veículos espaciais, tubos de raios-x e etc.

Passo 4

Superligas: capaz de suportar elevadas temperaturas e atmosferas oxidantes por longo tempo. Aplicações: turbinas de aeronaves, reatores nucleares e equipamentos petroquímicos.

Resposta

Ligas de titânio: baixa densidade, elevada temperaturas de fusão, boa resistência. Limitação: devido à reatividade química com outros materiais a altas temperaturas, essas ligas são caras para refinar. Aplicações: estruturas de aeronaves, veículos espaciais e nas indústrias química.

Metais nobres: elevada resistente à oxidação, especialmente em temperaturas elevadas; macio e dúctil. Limitação: oneroso. Aplicações: joias, moedas, termopares.

Metais refratários: temperaturas de fusão extremamente elevadas; alto módulos de elasticidade. Limitação: rápida oxidação a elevadas temperaturas. Aplicações: matrizes de extrusão, peças estruturais em veículos espaciais, tubos de raios-x e etc.

Superligas: capaz de suportar elevadas temperaturas e atmosferas oxidantes por longo tempo. Aplicações: turbinas de aeronaves, reatores nucleares e equipamentos petroquímicos.

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