O que é fluência e quais os requisitos recomendados para aços resistentes ao calor?

Passo 1

O enunciado pede que a gente explique o que é fluência (creep) e, em seguida, liste os requisitos recomendados para aços resistentes ao calor. O conteúdo envolve fenômenos de deformação a alta temperatura e critérios de projeto e seleção de ligas ferrosas para serviço contínuo em temperaturas elevadas.

Passo 2

Fluência é a deformação plástica lenta, acumulativa e irreversível que um material sofre quando submetido a uma tensão constante por longos períodos em temperatura elevada (tipicamente acima de 0,4 vezes a temperatura de fusão em escala Kelvin). Em aços, esse processo ocorre em três estágios – primário (taxa de deformação decrescente), secundário (taxa quase constante) e terciário (aceleração até a ruptura) – e leva ao eventual colapso do componente se não for controlado.
O mecanismo fundamental de fluência em aços envolve
\bullet escorregamento e difusão de vacâncias nos contornos de grão e pelo interior dos grãos,
\bullet precipitação e dissolução de carbetos e nitretos que influenciam a resistência ao escorregamento,
\bullet e coalescência de cavidades (núcleos de trincas) nos contornos de grão durante a fase terciária.
Por isso, controlar o tamanho de grão e a distribuição de fases e precipitados é crucial.

Passo 3

Requisitos químicos para aços resistentes ao calor
\bullet teor de carbono reduzido (< 0,10 %) para minimizar a formação de carbonetos excessivos que fragilizem a matriz;
\bullet cromo em geral entre 9 % e 12 % para formar escala protetora de C r_{2} O_{3} e resistência à oxidação;
\bullet molibdênio e vanádio ( \approx 0,5 %– 1,0 %) para endurecimento por precipitação de carbetos (MoC, VC) estabilizando a microestrutura;
\bullet silício e alumínio ( 0,20 %– 0,50 %) auxiliam na formação de óxidos protetores e na inibição de crescimento excessivo de grão;
\bullet baixo teor de impurezas (P <=0,025 %, S <=0,030 %, N controlado) para evitar fragilização por segregação nos contornos de grão.

Passo 4

Requisitos estruturais, físicos e mecânicos
\bullet microestrutura martensítica ou ferrítico-martensítica fina e homogênea, com grãos estáveis mesmo após exposição prolongada;
\bullet elevada resistência à fluência a serviço (por exemplo, resistência à ruptura por fluência >= X MPa a 550\circC por 10000 h, conforme norma);
\bullet boa tenacidade a quente e à temperatura ambiente (alongamento e redução de área adequados);
\bullet coeficiente de expansão térmica moderado e condutividade térmica suficiente para evitar gradientes de temperatura excessivos;
\bullet excelente resistência à oxidação e corrosão em gases de combustão;
\bullet soldabilidade satisfatória para permitir reparos e montagem sem degradação da zona termicamente afetada.

Resposta

Fluência é a deformação plástica lenta e irreversível que ocorre em materiais submetidos a tensão constante em altas temperaturas, manifestando-se em três estágios (primário, secundário e terciário). Para aços resistentes ao calor, recomenda-se:
– composição química com baixo carbono e adições de Cr ( 9 %– 12 %), Mo e V para endurecimento por precipitação, Si e Al para formação de óxidos protetores, e impurezas minimizadas;
– microestrutura martensítica/ferrítico-martensítica estável com grão fino;
– alta resistência à fluência (ruptura por fluência conforme normas, ex. 10000 h a 550\circC), boa tenacidade e soldabilidade;
– resistência à oxidação e coeficientes térmicos controlados.

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