Reliability and agreement

De acordo com Marques (2015), as superligas à base de níquel são conhecidas desde a década de 1930 e utilizadas principalmente em aplicações aeroespaciais e plantas de geração de energia, quando se requer um material com elevada resistência mecânica, boa resistência à fadiga e à fluência, boa resistência à corrosão e capacidade de operar continuamente em elevadas temperaturas.

Para Ezugwu, Wang e Machado (1999), as ligas à base de níquel desempenham um papel extremamente importante na fabricação de turbinas a gás. Além de sua utilização em turbinas de aeronaves, marítimas e industriais, as ligas de níquel são também utilizadas em veículos espaciais, motores de foguete, aviões experimentais, reatores nucleares, submarinos, equipamento petroquímico e em outras aplicações de altas temperaturas. A grande variedade de aplicações, são destacadas a seguir:

 Aeronaves (turbinas a gás) – discos, câmaras de combustão, parafusos, carcaças, eixos, sistemas de exaustão, lâminas, pás, turbinas, reversores, etc.;

 Sistemas de energia nuclear – mecanismos de controle do conversor de vara, hastes de válvulas, molas, dutos, etc.;

 Indústrias química e petroquímica – parafusos, ventiladores, válvulas, vasos de pressão, tubulações, bombas, etc. e;

 Aplicações médicas – uso odontológico, prótese, dispositivos, etc.

Atualmente as ligas à base de níquel constituem aproximadamente 45 - 50% dos materiais utilizados na fabricação de componentes de turbinas de avião devido à sua excepcional resistência mecânica, a oxidação e boas características em condições extremas de temperatura (SIMS; HAGEL, 1972; GOSSLER, 1985 apud EZUGWU; WANG; MACHADO, 1999).

O níquel na forma elementar ou misturado com outros materiais trouxe contribuições significativas para a sociedade atual e ainda tem muito a contribuir para o desenvolvimento tecnológico. Pesquisas têm sido direcionadas no desenvolvimento de suas ligas, pois apresentam características como resistência mecânica associada à resistência à corrosão, tanto em temperatura ambiente como em temperaturas mais elevadas (ASM METALS HANDBOOK, 1990).

As ligas à base de níquel são fabricadas por forjamento ou por fundição (EZUGWU; WANG; MACHADO, 1999).

As ligas forjadas atualmente foram desenvolvidas há mais de 70 anos, a partir de 80% de níquel, como elemento base, e 20% de cromo, como elemento de liga. Entretanto, elas foram utilizadas pela primeira vez como materiais para fabricação de elementos de turbina no início da década de 1940, devido à sua admirável resistência à oxidação e resistência à ruptura por fluência, que já haviam melhorado consideravelmente pela adição de pequenas quantidades de titânio e alumínio (WHITE, 1981 apud EZUGWU; WANG; MACHADO, 1999). Algumas das principais ligas à base de níquel forjadas são Nimonic 80, Nimonic 80A, Nimonic 90, Nimonic 105, Nimonic 115, Waspaloy, M-252, René 41, René 95, Inconel® _{718, Inconel}® 901, Astroloy e Udimet 700 (EZUGWU; WANG; MACHADO, 1999).

As ligas fundidas não foram bem aceitas até o desenvolvimento de técnicas de fundição e vazamento a vácuo no final da década de 50. Uma das primeiras ligas a ser fundida utilizando esta técnica foi o Inco 713C. Algumas das principais ligas à base de níquel fundidas são: In 100, René 77, René 80, B-1900, Mar-M200, Inco 713LC, IN-792, Mar-M 432 e Udimet 500 (EZUGWU; WANG; MACHADO, 1999).

Segundo Ezugwu, Wang e Machado (1999), de uma forma geral, pode-se dizer que as ligas à base de níquel são caracterizadas e reforçadas por alguns elementos de liga que tendem a melhorar a sua microestrutura ou fase, conforme mostrado a seguir:

 Matriz da liga ( ) – A matriz contínua à base de níquel possui uma estrutura cúbica de face centrada (CFC) ou fase austenítica, que é reforçada normalmente por elementos em solução sólida, tais como cobalto, cromo, molibdênio e tungstênio;

 Fase Gama linha ( ′_{) – Às ligas são adicionados alumínio e titânio na mesma}

proporção, formando precipitados do tipo Ni3(Al, Ti), que também possuem estrutura cristalina CFC, coerentes com a matriz austenítica;

 Carbonetos – Adição de carbono em aproximadamente 0,05 - 0,2%, reagindo com outros elementos e formando precipitados primários do tipo MC. Durante o tratamento térmico estes carbonetos se decompõem formando outros carbonetos tais como M23C6 e M6C, os quais precipitam ao longo dos contornos de grãos;

 Para muitas ligas, as técnicas de tratamento térmico têm sido desenvolvidas para gerar um filme de precipitados ( ′_{) nos contornos de grão, pois acredita-se que isso}

promova um aperfeiçoamento das propriedades de resistência à ruptura e;

 O Nb pode substituir o (Al, Ti), formando Ni3Nb, designado por ( "), que é uma fase tetragonal de corpo centrado – TCC.

De acordo com Mankins e Lamb (1990), o elemento níquel é muito versátil e possibilita a solubilização de quantidades razoáveis de outros elementos como o ferro, cromo e molibdênio e desta forma, muitas composições de ligas têm sido desenvolvidas. A estrutura cúbica de face centrada (CFC) da matriz ( ) pode ser reforçada por:

 Solução sólida;

 Precipitação de carbonetos e;  Endurecimento por precipitação.

De acordo com Ezugwu, Wang e Machado (1999), as propriedades dos contornos de grão são controladas pelo tipo, quantidade e morfologia dos carbonetos e também pela presença de ( ′_{) nessas regiões.}

As superligas são materiais muito utilizados em aplicações aeroespaciais por causa de propriedades especiais, sobretudo a temperaturas elevadas. O Inconel® _{718 destaca-se} devido as suas propriedades de elevada resistência mecânica, boa resistência à fadiga e fluência, boa resistência à corrosão (SUGAHARA et al., 2009 apud SUGAHARA et al., 2014). O Inconel® _{718 pertence à família das superligas à base de Ni-Cr que tem uma grande} variedade de ligas com propriedades mecânicas e aplicações variadas. As ligas Inconel

geralmente contêm ainda Al, Ti, Nb, Co, Cu, e W que aumentam a resistência mecânica e à corrosão. O Fe também está presente em quantidades que variam de 1% a 20% (THOMAS et al., 2006 apud SUGAHARA et al., 2014). A liga Inconel® _{718 foi desenvolvida por H.L.} Eiselstein, em 1959, para uso em discos de turbinas em motores a jato desenvolvidos pela General Eletric (ULUTAN; OZEL, 2010), mas atualmente são também usadas em motores convencionais, como parafusos e eixos de rotor, além de aplicação na indústria nuclear, petrolífera e criogenia (SIMS; STOLOFF; HAGEL, 1987 apud SUGAHARA et al., 2014).

A composição química típica da liga Inconel® _{718, de acordo com a especificação API} (UNS N07718, 2004), é apresentada na Tabela 2.4.

Tabela 2.4 – Composição química da liga Inconel® _{718 segundo a especificação API} (UNSN07718) (adaptado da API, 2004).

Segundo Patel e Smith (2001), o Inconel® _{718 é uma liga metálica de alta resistência} mecânica e à corrosão, excelente resistência a fluência, endurecível por precipitação formando compostos intermetálicos, apropriada para trabalhar em altas temperaturas. É uma liga que apresenta grande resistência a corrosão e a oxidação em uma variedade de meios agressivos. O Inconel® _{718 é uma superliga composta predominantemente de níquel-ferro-} cromo, que representa atualmente quase a metade do total de superligas utilizadas no mundo, tendo uma grande variedade de aplicações, dentre elas pode-se citar:

 Indústria aeroespacial;

 Componentes para indústria do petróleo;  Turbina a gás;

 Reservatórios criogênicos e;  Indústria nuclear.