Estudo das zonas parcialmente misturadas de aços 9Ni soldados com a liga Inconel 625 sob influência da energia de soldagem

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Moraes, Lucas Alves de
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal do Ceará (UFC)
Texto Completo: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/67950
Resumo: 9% wt Ni steels have been widely used since the 1960s as construction materials for Liquefied Natural Gas (LNG) storage tanks; and currently, they have been applied in liquid CO2 reinjection systems owing to their low ductile-fragile transition temperatures (DBTT) for cryogenic situations - up to -196°C and pressures up to 500 bar; and, therefore, have good impact toughness. The necessity for good mechanical properties in critical points of those systems implies welding 9Ni steels with materials resistant to harsh environments, such as nickel alloys. The welding of dissimilar materials causes the formation of a zone adjacent to the fusion line, a few microns long, called the Partially Mixed Zone, which has a chemical composition gradient and high hardenability, with high chances of formation of high-hardness martensite, in case of being base metal rich. Moreover, this zone has different solidification modes due to this chemical composition and temperature gradient from the welding process. In view of this complexity, the present work aimed to evaluate the mechanical, microstructural and microchemical properties of the interfaces of welded joints of ASTM A333 Gr.8 (9Ni) steel with Inconel 625 alloy, by the GMAW process, under the influence of heat input. The SEMBSE images confirm the Partially Mixed Zones’ existence and the microhardness changes that occured between the HAZ and FZ of the analyzed regions. In addition, martensite formation was observed, along with planar and cellular solidification mode regions in the PMZ's. The EDS mappings confirm the segregation of Ni, Cr, Mo and Nb elements to the interface, justifying the increase in local hardenability. The Ni element was determinant for the microstructural relationship of the PMZ's, since it can affect the local hardenability and stabilize the austenite phase, implying the decrease of hardness values in the region. The conditions of lower (0,7 kJ/mm) and intermediate (1,5 kJ/mm) welding heat input presented the most detrimental conditions for the use of these materials - due to the presence of more significant extensions of PMZ, as well as higher values of microhardness, leading to loss of toughness. The condition of higher welding energy (2,5 kJ/mm) had the lowest values of extension and microhardness of the PMZ.
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The welding of dissimilar materials causes the formation of a zone adjacent to the fusion line, a few microns long, called the Partially Mixed Zone, which has a chemical composition gradient and high hardenability, with high chances of formation of high-hardness martensite, in case of being base metal rich. Moreover, this zone has different solidification modes due to this chemical composition and temperature gradient from the welding process. In view of this complexity, the present work aimed to evaluate the mechanical, microstructural and microchemical properties of the interfaces of welded joints of ASTM A333 Gr.8 (9Ni) steel with Inconel 625 alloy, by the GMAW process, under the influence of heat input. The SEMBSE images confirm the Partially Mixed Zones’ existence and the microhardness changes that occured between the HAZ and FZ of the analyzed regions. In addition, martensite formation was observed, along with planar and cellular solidification mode regions in the PMZ's. The EDS mappings confirm the segregation of Ni, Cr, Mo and Nb elements to the interface, justifying the increase in local hardenability. The Ni element was determinant for the microstructural relationship of the PMZ's, since it can affect the local hardenability and stabilize the austenite phase, implying the decrease of hardness values in the region. The conditions of lower (0,7 kJ/mm) and intermediate (1,5 kJ/mm) welding heat input presented the most detrimental conditions for the use of these materials - due to the presence of more significant extensions of PMZ, as well as higher values of microhardness, leading to loss of toughness. The condition of higher welding energy (2,5 kJ/mm) had the lowest values of extension and microhardness of the PMZ.Aços com 9%p de Ni são amplamente utilizados desde a década de 1960 como materiais de construção de tanques de armazenamento de Gás Natural Liquefeito (GNL); e atualmente, têm sido aplicados em sistemas de reinjeção de CO2 em estado líquido por possuírem baixas temperaturas de transição dúctil-frágil (TTDF) para situações criogênicas – até -196°C e pressões de até 500 bar, possuindo, portanto, boa tenacidade. A necessidade de boas propriedades mecânicas em pontos críticos destes sistemas implica na soldagem dos aços 9Ni com materiais resistentes a ambientes severos, como é o caso das ligas de níquel. A soldagem de materiais dissimilares provoca a formação de uma zona adjacente à linha de fusão, de poucos microns de extensão, nomeada Zona Parcialmente Misturada, a qual possui um gradiente de composição química e alta temperabilidade, com altas chances de formação de martensita de alta dureza, caso seja mais rica em metal base. Além do mais, esta zona possui diferentes modos de solidificação derivadas deste gradiente de composição química e das temperaturas alcançadas pelo processo de soldagem. À vista disto, o presente trabalho teve como objetivo avaliar as propriedades mecânicas, microestruturais e microquímicas das interfaces de juntas soldadas do aço ASTM A333 Gr.8 (aço 9Ni) com a liga Inconel 625, pelo processo MIG/MAG, sob influência da energia de soldagem. As imagens de MEV-BSE confirmam a existência das Zonas Parcialmente Misturadas, assim como a mudança de microdureza pela variação das indentações entre a ZAC e ZF das regiões analisadas. Além disto, confirmou-se a formação de martensita, juntamente a regiões de solidificação planar e celular nas ZPM’s. Os mapeamentos de EDS confirmam que houve segregação dos elementos Ni, Cr, Mo e Nb para a interface, justificando o aumento de temperabilidade local. O elemento Ni se mostrou determinante para a relação microestrutural das ZPM’s, visto que este tanto pode afetar a temperabilidade local, como estabilizar a fase austenita, implicando na diminuição dos valores de dureza na região. As condições de baixa (0,7 kJ/mm) e intermediária (1,5 kJ/mm) energias de soldagem apresentaram as condições mais prejudiciais para a utilização destes materiais, por apresentarem maiores extensões de ZPM, assim como maiores valores de microdureza, deduzindo em perda de tenacidade. A condição de maior energia de soldagem (2,5 kJ/mm) apresentou os menores valores de microdureza da ZPM.Silva, Cleiton CarvalhoMoraes, Lucas Alves de2022-08-31T14:38:29Z2022-08-31T14:38:29Z2022info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfMORAES, Lucas Alves de. Estudo das zonas parcialmente misturadas de aços 9Ni soldados com a liga Inconel 625 sob influência da energia de soldagem. 2022. 89 f. 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