Ciencias dos materiais

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Ciências e Engenharia de Materiais I
- Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica (MIEM) - Mestrado em Engenharia de Materiais (MEM) - Licenciatura em Engenharia e Gestão Industrial (LGI) 1º Semestre, Ano lectivo 2010/2011

6ª Aula Teórica

I. Materiais Metálicos

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Aula Nº 6

3– Níquel •O Ni é um material importante em Engenharia, sobretudo porque possui excelenteresistência à corrosão e à oxidação a temperaturas elevadas. •O Ni possui estrutura CFC ⇒ material dúctil •Mas é caro e tem densidade elevada (8,9g/cm3) limitando a sua aplicação (necessidade
de um controlo apertado durante a fundição de elementos nefastos como Si, S, P, O e N)!!

Ligas:
•É das ligas de aplicação industrial mais recente •Existem uma série de ligas com várias designações : •Monel,•Inconel, •Incoloy, •Nimonic, Hastelloy, etc
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Aula Nº 6

3.1 – Ni-Cu (Monel) NiMonel) O Ni e Cu são completamente solúveis, no estado sólido, para todas as composições (Leis de Hume-Rothery)

Endurecimento por solução sólida
O endurecimento máximo obtém-se para a liga com 60% i. São usadas em refinarias de petróleo, em aplicações marítimas, permutadores de calor para água do mar, etc…

3 Aula Nº 6

Ligas Ni-Cu:

Monel 400 (Ni-32Cu)
•Dureza e resistência mecânica elevadas •Facilidade de soldadura •Excelente resistência à corrosão

Ligas Ni-Cu + 3º elemento:

Monel K500 (3% Al e 0,6% Ti )

•Envelhece-se a liga por precipitação de fases coerentes Ni3Al e Ni3Ti (γ’) •Pode atingir-se uma tensão de cedência sete vezes superior à do níquel puro.

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Aula Nº 6

3.2 –Ni-Cr (Inconel) NiInconel) • Ligas extremamente resistentes à oxidação a altas temperaturas e a ambientes ricos em cloretos. Aplicações: – Engenharia naval. – Indústria química. – Turbinas. – Foguetes. – Reactores nucleares. – Etc.



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Aula Nº 6

3.3– Ni3.3– Ni-Fe (Invar) Invar)

A liga com 36% Fe é conhecida por Invar apresenta uma dilatação praticamente nula. • Aplicações: –Materiais compósitos bimetálicos.

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Aula Nº 6

3.4 – SuperLigas de Ni (501515Co) (50-60%Ni, 15-20%Cr, 15-20% Co) • Aplicações requerendo elevada resistência à fluência e corrosão a altas temperaturas (turbinas de gás) Tratamento Térmico • São também adicionadas pequenas quantidades de Al (0,5-4%) e Ti (1-4%) para promover o endurecimento por precipitação. • As superligas consistemfundamentalmente em 3 fases: 1) uma matriz de austenite gama (CFC - ν) 2) fase de precipitados Ni3Al e Ni3Ti (ν’) 3) e de partículas de carbonetos (devido à presença de 0,01-0,004%C)

Elevadas propriedades mecânicas
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Aula Nº 6

Fracção volumétrica e tamanho

Elementos de adição: Ti - fase ν’-Ni3(Al,Ti) Cr - matriz de Ni (resistência à corrosão, formando Cr2O3) Co - matriz de Ni e/ou fase ν’(resistência oxidação/corrosão) C – combina-se com o Cr, precipitando na matriz
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Aula Nº 6

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Aula Nº 6

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Aula Nº 6

Propriedades Mecânicas Típicas:
Propriedades mecânicas

ome
Ni puro Monel 400 Monel K500 Inconel 600 Inconel 625 Inconel X750 Hastelloy B-2 Hastelloy C276 Incoloy 800 Incoloy 825

U S
N02200 N04400

Composição
99.9Ni 31.5Cu

Condição
Recozido RecozidoEnvelhecido

Rot. (MPa) Ced.(MPa) Ext.Rot(%) Aplicações/Características
350 665 546 1050 560 896 1241 950 792 623 690 112 560 273 770 203 483 827 520 531 287 310 45 4 37 30 49 50 25 55 60 37 45 Componentes estruturais resistentes à corrosão e processamento químico Permutadores de calor Revestimentos ou componentes para resistência a corrosão Válvulas, bombas e permutadores de calor Veios, molas epás de turbina Equipamentos para tratamento térmico

Carbonetos dispersos N06625 21.5Cr,2.5Fe, Deformado a 9Mo, 3.6Nb frio N07750 15.5Cr, 7Fe, Envelhecido 2.5Ti N10665 28Mo Carbonetos dispersos N10276 16Cr, 16Mo, 6Fe, 4W N08800 46Fe, 21Cr Carbonetos dispersos N08825 21.5Cr,30Fe, 3Mo, 2.2Cu

N05500 29.5Cu,2.7Al, 1.0Fe,0.6Ti N06600 15.5Cr, 8Fe

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Aula Nº 6

4– Titânio, Ti
•O Ti é...
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