Avaliação de revestimentos de superliga Hastelloy® C276 depositados a laser sobre diferentes substratos

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rivero, Lubar Eduardo Hortmann Santos
Data de Publicação: 2019
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/65426
Resumo: Orientador: Prof. Dr. Adriano Scheid
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spelling Rivero, Lubar Eduardo Hortmann SantosUniversidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia MecânicaScheid, Adriano, 1973-2021-05-25T20:24:17Z2021-05-25T20:24:17Z2019https://hdl.handle.net/1884/65426Orientador: Prof. Dr. Adriano ScheidDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa : Curitiba, 29/08/2019Inclui referências: p. 105-110Área de concentração: ManufaturaResumo: O sistema de ligas NiCrMo vem sendo amplamente considerado na seleção de materiais para revestimentos de componentes que operam em condições agressivas envolvendo, alta temperatura e ambientes corrosivos em diferentes meios e, algumas vezes, desgaste. Neste sistema, a liga NiCrMoW, chamada de Hastelloy® C276, se destaca pela elevada resistência à corrosão por pite, atribuída ao elevado teor de cromo e molibdênio da liga. Dentre as inúmeras técnicas de deposição, o Laser Cladding ou deposição direta a laser apresenta algumas vantagens em relação aos processos de soldagem convencionais, como a baixa diluição ao substrato e consequente preservação da composição química original da liga. Por outro lado, alguns estudos têm indicado um desafio para a deposição sobre substratos ferrosos, especialmente devido à diferença no coeficiente de expansão térmica, que leva à formação de tensões residuais e trincas nos revestimentos. Neste sentido, surge a necessidade de pesquisa voltada à produção de camadas depositadas com diferentes parâmetros de processamento, como, por exemplo: potência do laser e tipo de substrato a ser revestido. Objetivou-se avaliar o efeito da potência do laser para sete diferentes níveis (1 a 4 kW) avaliados em intervalos de 0,5 kW, sobre as características de depósitos na forma de cordões únicos com a liga de níquel Hastelloy® C276. Os revestimentos foram processados sobre substrato de aços inoxidável AISI 304L e ferro fundido nodular GGG40 e caracterizados por meio da geometria dos cordões, diluição, microscopia ótica e eletrônica de varredura, difração de raios X, dureza Vickers, ensaio de risco e ensaio com tribômetro linear. Os resultados indicaram que a potência do laser influencia diretamente a diluição ao substrato. Contudo, para elevadas potências de laser, a diluição mostrou tendência de desvio da linearidade para o substrato de AISI 304L, alcançando um platô ou valor limite. O estudo mostrou a possibilidade de obtenção de diluição próxima à zero, desde que os parâmetros de deposição sejam ajustados. Neste caso, os revestimentos em ambos substratos apresentaram microestrutura muito similar, formada por dendritas de Ni ( -CFC), contendo carbonetos interdendríticos em fração semelhante. Por outro lado, à medida que a diluição aumentou, os revestimentos apresentaram diferenças microestruturais conforme o substrato considerado, especialmente relacionadas à fração de carbonetos. À medida que a diluição aumentou, os revestimentos sobre AISI 304L apresentaram menor fração de carbonetos, enquanto os revestimentos sobre GGG40 mostraram uma fração crescente, atingindo um valor máximo para 3,5 kW. Uma explicação plausível é a de que uma diluição superior a este valor tenha resultado em um valor limite de elementos de liga formadores de carbonetos e, neste caso (4,0 kW), apesar da maior introdução de carbono a fração final de carbonetos não aumentou. Acompanhando as características microestruturais, observou-se uma redução na dureza dos revestimentos sobre AISI 304L para maiores diluições, enquanto uma dureza crescente foi verificada para os revestimentos sobre GGG40. De forma coerente, observou-se menores larguras de risco para revestimentos de dureza mais elevada e, ao mesmo tempo, revestimentos com maior dureza mostraram menores coeficientes de atrito em desgaste. Portanto, este trabalho apontou claramente que é possível obter revestimentos metalurgicamente muito similares mesmo para substratos diferentes, desde que a diluição seja baixa. De forma complementar, destaca-se ainda a importância de pesquisa e qualificação dos revestimentos para cada sistema liga-substrato, já que diferenças pronunciadas nos revestimentos foram observadas para diluições maiores, indicando a possibilidade de projeto a partir da diluição planejada para a obtenção de propriedades finais controladas e específicas. Palavras-chave: Engenharia de superfícies. Revestimentos depositados a laser. Hastelloy® C276. Diluição. Microestrutura. Propriedades dos revestimentos.Abstract: NiCrMo alloy system has been widely considered in the materials selection field for coatings to protect components operating under aggressive conditions involving high temperature and corrosive environments and, sometimes, also wear. In this system, the NiCrMoW alloy, trade mark Hastelloy C276, stands out for its high pitting resistance, attributed to the high content of chromium and molybdenum in the alloy. Among the numerous deposition techniques, Laser Cladding or Laser Metal Deposition (LMD) presents some advantages over conventional welding processes, such as low dilution with the substrate and therefore keeping the original chemical composition of the alloy. On the other hand, some studies have indicated a challenge for the deposition on ferrous substrates, especially due to the difference in thermal expansion coefficient, which leads to residual stresses and cracks in the coatings. In light of this, there is a need for research focused on the production of deposited layers with different processing parameters, such as: laser power and kind of substrate. The objective of this work was to evaluate the effect of laser power to seven different levels (from 1 to 4 kW) on the characteristics of deposits as single beads coatings with Hastelloy C276 nickel base alloy. The coatings were processed on AISI 304L stainless steel and spheroidal cast iron GGG40 substrates and characterized by the bead geometry, dilution, optical and scanning electron microscopy, X-ray diffraction, Vickers hardness, scratch and ball-on-flat wear tests. The results indicated that the laser intensity directly influences the dilution with the substrate. However, higher laser intensities indicated that dilution deviate from linearity to the AISI 304L substrate, reaching a plateau or limited value. This study showed the possibility of obtaining dilution close to zero for both substrates, once under controlled deposition parameters. In this case, the coatings on both substrates showed a very similar microstructure, comprised of Ni ( -CFC) dendrites, containing interdendritic carbides with near the same fraction. Further analysis indicated that, as the dilution increases, the higher the coatings microstructural differences, especially involving carbide fraction. The higher dilution for coatings on AISI 304L showed a lower fraction of carbides and the opposite was observed for coatings on GGG40. The highest fraction was met at 3.5 kW laser intensity on GGG40, which probably may be argued because the alloying limit was reached. In this case, despite the increased carbon introduction (4,0 kW), the lower was the measured carbide fraction. Following general microstructural features, the higher dilution decreased the coatings hardness on AISI 304L and, on the contrary trend, higher hardness was verified for coatings on GGG40. As expected, dilution also influenced the scratch and wear resistance of coatings. Lower scratch widths were observed for harder coatings which, at the same time, showed lower friction coefficients. Finally, this work pointed out that it is possible to obtain very similar coatings composition, microstructure and hardness even though processing on notably different substrates. Thus, this work highlighted how important is to proceed welding research and qualification for each chosen alloy-substrate system, since pronounced differences in the coatings features were mapped, indicating clearly the impact of dilution design on the properties. Keywords: Surface engineering. Laser Cladd .116 p. : il. (algumas color.).application/pdfRevestimentosLaser - IndústriaMicroestruturaLigas resistentes ao calorEngenharia MecânicaAvaliação de revestimentos de superliga Hastelloy® C276 depositados a laser sobre diferentes substratosinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccess1884/654262021-05-25 17:24:18.024metadata only accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/65426Repositório de PublicaçõesPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestopendoar:3082021-05-25T20:24:18Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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