Propriedades e aplicações dos aços Maraging 18Ni

Disciplina: Materiais Metálicos Industriais

Prof.: Dr. Carlos Augusto Silva de Oliveira

Aluno: Max Kakue Sasaki

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE PATERIAIS

Florianópolis, 2015

Conteúdo

• 1. Introdução

• 1.1. Surgimento dos aços Maraging

• 2. Metalurgia física dos aços maraging• 2.1. Martensita dos aços maraging

• 2.2. Efeitos dos elementos de liga • 2.2.1. Efeitos do Níquel

• 2.2.2. Efeito do Molibdênio e Cobalto

• 2.2.3. Efeito do Titânio

• 2.3. Diagrama TTT de precipitação

Conteúdo

• 2.4. Austenita

• 2.5. Tipos de Precipitados intermetálicos

• 2.6. Tratamento térmico

• 2.7. Envelhecimento a baixa temperatura abaixo de 450 ͦC

• 2.8. Envelhecimento a temperatura moderada (450~510 ͦC)

• 2.9. Envelhecimento em altas temperaturas 510 ~ 650 ͦC

• 3. Conclusões

• 4. Referências

1 INTRODUÇÃO

1.1. Surgimento dos aços Maraging

• Aços maraging surgiram na década de 60

• Corrida espacial

• Materiais para:

Motores Foguetes ultraleves

Plataformas de lançamentos

Veículos Lunares

Ferramentas e Matrizes em processos Industriais

1 INTRODUÇÃO

1.1. Surgimento dos aços Maraging

• Aços de elevada resistência mecânica

• Alta temperabilidade

• Teor de carbono deve ser menor que 0,03%

• Precipitação de compostos intermetálicos

• Principal elemento de liga é o Níquel

• Outros elementos Co, Mo, Ti

• Os aços maraging são produzidos à elevado custo

1 INTRODUÇÃO

1.1. Surgimento dos aços Maraging

Composição nominal e as respectivas resistências dos aços maraging comerciais

(INCO)

Designação da Liga Ní Co Mo Ti Al Lim. Res.(MPa)

18 Ni (200) 18 3,3 8,5 0,2 0,1 1400

18 Ni (250) 18 5 8,5 0,4 0,1 1700

18 Ni (300) 18 5 9 0,7 0,1 2000

18 Ni (350) 18 4,2 12,5 1,6 0,1 2400

18 Ni (fundido) 17 4,6 10 0,3 0,1 1650

Tabela 1- Designação dos aços maraging e seus limites de resistências nominais Sha (2009).

2. Metalurgia física dos aços maraging2.1. Martensita dos aços maraging

• A ausência de carbono na martensita dos aços maraging é benéfica :• Dureza moderada da martensita

• Tempera pouco agressiva

• Maior estabilidade a elevadas temperaturas

• Possibilita o endurecimento por precipitação

• Estrutura da martensita em ripas

• CCC para teor de C menor que 0,2%.

• Acima de 0,2% C assume TCC

• Ripas, blocos e Pacotes

2.2. Efeitos dos elementos de Liga2.2.1. Efeitos do Níquel

• Principal elemento de liga

• Melhora a temperabilidade do maraging

• Participa da precipitação dos compostos intermetálicos. Ni3Mo, Ni3Ti

2.2. Efeitos dos elementos de Liga2.2.2. Efeitos do Molibdênio e Cobalto

• Em SSS ñ tem efeito significativo de endurecimento

• O molibdênio Forma diversos precipitados:

• Com Níquel (γ-Ni3Mo)

• Com o ferro (σ-FeMo, Fe2Mo e μ-Fe7Mo6)

• O Cobalto forma regiões de pequeno ordenamento com Ferro

• Auxiliam na precipitação

2.2. Efeitos dos elementos de Liga2.2.2. Efeitos do Molibdênio e Cobalto

• O Cobalto forma regiões de pequeno ordenamento com Ferro

• Auxiliam na precipitação

2.2. Efeitos dos elementos de Liga2.2.3. Efeitos do Titânio

• Também forma precipitados Ni3Ti

• Neutraliza o C e N da martensita

a)Desalinhamento atômico “misfit” do precipitado em relação a matriz

b)Distorção causada pelo precipitado Ni3Mo na martensita CCC.

2.2. Efeitos dos elementos de Liga2.2.3. Efeitos do Titânio

• Também forma precipitados Ni3Ti

• Neutraliza o C e N da martensita

• Acima de 1,2% reduz a ductilidade

Efeito do Titânio nas propriedades do aço maraging, com entalhe (NTS) e sem entalhe (TS)

2. Revisão bibliográfica 2.3. Diagrama TTT de precipitação

Diagrama TTT de precipitação para o aço maraging 350. Fonte: (adaptado de TEWARI et al., 2000).

2.4. Austenita

• Fase estável em alta temperatura

• Pode se formar:

Tempo curto de solubilização

Baixa temperatura de solubilização

Superenvelhecimento

Alta temp. de Envelhecimento

Aço maraging superenvelhecido a temperatura intermediaria apresentando austenita reversa

• Difusional > dissolução parcial de precipitados

• Diminui localmente a Ms

• “Austenita reversa”

• Adifusional > Temp. maior que a de envelhecimento.

2.5. Tipos de Precipitados intermetálicos

Precipitado Estrutura cristalina Ocorrencia

Ni3Mo Ortorrômbico Todos os aços

Ni3Ti DO24 Hexagonal

ordenado

Alto teor de Ti

Fe2(Mo,Ti) Hexagonal (Laves) Superenvelhecimento

σ-FeMo Tetragonal Alto teor de Mo

σ-FeTi Tipo CsCl cúbico Alto teor de Ti

Tabela 2: Principais precipitados encontrados nos aços maraging comerciais

2 .6. Tratamento térmico

• Para se obter as microestruturas e a formação dos precipitados desejados para a obtenção das melhores propriedades são necessários a realização de tratamentos térmicos.

Microestrutura de um aço maraging após o tratamento térmico de solubilização, composta por uma matriz martensítica

2 .7. Envelhecimento a baixa temperatura abaixo de 450 ͦC

• Após um envelhecimento a uma temperatura baixa, é possível observar vários fenômenos na microestrutura, à curtos tempos de envelhecimento, surgem precipitados pequenos (2nm) de Ni3Mo e Ni3Ti.

Precipitados observados num aço maraging imagem de campo escuro (11͞20)Ni3Ti

após um envelhecimento a baixa temperatura 440ºC durante 50h.

2 .8. Envelhecimento a temperatura moderada (450~510 ͦC)

• Após um envelhecimento a uma temperatura baixa, é possível observar vários fenômenos na microestrutura, à curtos tempos de envelhecimento, surgem precipitados pequenos (2nm) de Ni3Mo e Ni3Ti.

Imagem de campo escuro de Precipitados Ni3Ti (1 1 ͞2 0) do maraging livre de cobalto envelhecido por 12h a 480ºC.

2 .9. Envelhecimento a temperatura elevada acima de 510 ͦC

• Formação intensa de precipitados Ni3Ti forma de bastonetes, em apensa 15 minutos

• Precipitados coalescidos

• Distribuição heterogênea

• Formação de austenita reversa nos contornos de grão

Imagem de campo escuro de Precipitados Ni3Ti (2 2 ͞4 0) do maraging livre de cobalto envelhecido por 15min a

540ºC.

2 .9. Envelhecimento a temperatura elevada acima de 510 ͦC

• Formação da austenita reversa na entre-ripas de martensita.

• Não há precipitados dentro da austenita reversa.

• Depois de 1h ocorre a formação de ilhas de austenita reversa.

• O Tamanho dos Precipitados aumentam Ni3Ti de 9 a 38nm

Imagem de campo claro apresentando austenita reversa nas entre-ripas de martensita circulada por flechas

apontando no contorno da interface com a martensita15min a 540ºC.

2 .9. Envelhecimento a temperatura elevada acima de 510 ͦC

Imagem de campo escuro de precipitados Ni3Ti (202 ͞2) na esquerda, na direita austenitareversa nas entre-ripas e dentro das ripas de martensita ( ͞1 ͞1 1)a 1h a 540ºC.

3. Conclusões

1. Os aços maraging apresentam alta resistência mecânica junto a boa tenacidade.2. Suas propriedades se devem aos mecanismos de endurecimento em uma matriz

martensítica macia e reforçada com precipitados intermetálicos mediante tratamento deenvelhecimento.

3. A resistência mecânica destas ligas é melhorada pela adição de elementos de liga queformam precipitados, tais como Mo e Ti.

4. Ainda, a precipitação destes elementos é facilitada por outros elementos como o Cobalto,que diminuem a solubilidade dos ligantes responsáveis por formar compostosintermetálicos.

5. Além da adição de ligantes no aço, o envelhecimento, descrito pela temperatura e o tempocontribui fortemente nas propriedades mecânicas do material empregado neste processo.

6. Desta maneira a resistência mecânica dos aços maraging é melhorada a medida que se auma distribuição uniforme e fina de precipitados, no qual é possível através de umacombinação ótima das variáveis do envelhecimento.

7. Com o uso de uma temperatura ou um tempo de envelhecimento muito elevado haveráprejuízo as propriedades mecânicas devido ao crescimento incontrolado dos precipitados, eà formação de austenita revesa na microestrutura. No entanto, uma maior quantidade deprecipitados vai diminuir significativamente a ductilidade destes aços.

4. Referências

[1] W. Sha, Z. Guo. Maraging Steels: Modelling of Microstructure, Properties and Applications.CRC Press, 2009.[2] R.F. Decker. Source book on maraging steels: a comprehensive collection of outstandingarticles from the periodical and reference literature. American Society for Metals, 1979.[3] G.E. Totten. Steel Heat Treatment: Metallurgy and Technologies. Taylor & Francis, 2006.[4] D. Llewellyn, R. Hudd. Steels: Metallurgy and Applications. Elsevier Science, 1998.[5] ASM, J.R. Davis. ASM Handbook Metals Handbook V.1: Properties and Selection, Irons andHigh-performance Alloys. ASM INT, 1992.[6] Z. Nishiyama. Martensitic Transformation. Elsevier Science, 2012.[7] A.G.F. Padial. Caracterização microestrutural do aço maraging de grau 400 de resistênciamecânica ultra-elevada, 2002.[8] M. Umemoto, E. Yoshitake, I. Tamura. The morphology of martensite in Fe-C, Fe-Ni-C and Fe-Cr-C alloys. Journal of Materials Science. 18 (1983) 2893-904.[9] V. Vasudevan, S. Kim, C.M. Wayman. Precipitation reactions and strengthening behavior in 18Wt Pct nickel maraging steels. MTA. 21 (1990) 2655-68.[10] D.B. Miracle, A.I.H. Committee, S.L. Donaldson. ASM Handbook V.4: Heat Treating. ASMInternational, 2001.

OBRIGADO