Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
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Data de Publicação: | 2022 |
Tipo de documento: | Tese |
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Título da fonte: | Repositório Institucional da UFRN |
Texto Completo: | https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56512 |
Resumo: | EUROFER é o aço referência para fabricação de componentes estruturais utilizados em reatores de fusão nuclear. Ele é um aço inoxidável ferrítico-martensítico de atividade reduzida (reduced activity ferritic-martensitic - RAFM), que apresenta boa resistência mecânica, à corrosão, à fluência e à danos radioativos (atividade reduzida), além de baixa temperatura de transição dúctil-frágil. Porém, por ser um aço inoxidável não pode trabalhar em temperatura superior a 500 °C, pois ocorre mudanças microestruturais que fragilizam o material. Estudos foram desenvolvidos para mitigar este problema, e a solução foi o endurecimento do aço por dispersão de óxido (oxide dispersion strengthened – ODS) de ítrio processado pela metalurgia do pó (MP). O objetivo deste trabalho é contribuir para o desenvolvimento de novas ligas à base de EUROFER com a adição do pentóxido de nióbio (Nb2O5) processadas por MP utilizando a moagem de alta energia (MAE) e sinterização via Spark plasma sintering (SPS). Os cavacos de EUROFER puro foram moídos em moinho de bolas de alta energia por diferentes tempos (5h, 10h e 15h), e com adição de Nb2O5 (0%p., 3%p., 5%p. e 7%p) nos mesmos intervalos de tempo. Os pós foram sinterizados via SPS e forno convencional (FC). Foram analisados o efeito da variação do tempo de moagem e da concentração de Nb2O5, além dos métodos de sinterização, nas propriedades físicas, mecânicas e magnética dos materiais sinterizados. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de moagem reduziu a distribuição do tamanho médio das partículas em 57% e melhorou a sinterabilidade dos pós moídos. As análises de DRX e magnéticas dos pós com adição de Nb2O5 sugerem uma nova composição da solução sólida do aço. Já as análises de DRX dos sinterizados via SPS mostram a formação das fases martensita e austenita retida. A microdureza das ligas obtidas a partir dos cavacos de EUROFER puro sinterizados por SPS (≈ 560 HV), foram superiores aos sinterizados por FC (≈ 65 HV) e da barra como recebida (410 HV). A adição do Nb2O5 no aço, manteve a microdureza dos sinterizado via SPS na ordem de grandeza da barra, porém os sinterizados via FC apresentaram valores inferiores (≈ 78 HV). Além disso, as densidades das amostras sinterizadas via SPS foram maiores do que as sinterizadas via FC. Diante dos resultados apresentados, a produção dessas novas ligas mostra-se promissora para o desenvolvimento novos materiais com menor densidade e maior dureza comparado a liga inicial de EUROFER. |
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Menezes, Roberta Araújo Cavalcante dehttp://lattes.cnpq.br/2901038109410363http://lattes.cnpq.br/9858094266525225Nascimento, Rubens Maribondo dohttps://orcid.org/0000-0001-9094-0044http://lattes.cnpq.br/8671649752936793Araújo, José Humberto deSilva, Angelus Giuseppe Pereira daLima, Maria José SantosGomes, Uilame Umbelino2023-12-20T19:18:18Z2023-12-20T19:18:18Z2022-01-28MENEZES, Roberta Araújo Cavalcante de. Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó. Orientador: Dr. Uilame Umbelino Gomes. 2022. 109f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56512EUROFER é o aço referência para fabricação de componentes estruturais utilizados em reatores de fusão nuclear. Ele é um aço inoxidável ferrítico-martensítico de atividade reduzida (reduced activity ferritic-martensitic - RAFM), que apresenta boa resistência mecânica, à corrosão, à fluência e à danos radioativos (atividade reduzida), além de baixa temperatura de transição dúctil-frágil. Porém, por ser um aço inoxidável não pode trabalhar em temperatura superior a 500 °C, pois ocorre mudanças microestruturais que fragilizam o material. Estudos foram desenvolvidos para mitigar este problema, e a solução foi o endurecimento do aço por dispersão de óxido (oxide dispersion strengthened – ODS) de ítrio processado pela metalurgia do pó (MP). O objetivo deste trabalho é contribuir para o desenvolvimento de novas ligas à base de EUROFER com a adição do pentóxido de nióbio (Nb2O5) processadas por MP utilizando a moagem de alta energia (MAE) e sinterização via Spark plasma sintering (SPS). Os cavacos de EUROFER puro foram moídos em moinho de bolas de alta energia por diferentes tempos (5h, 10h e 15h), e com adição de Nb2O5 (0%p., 3%p., 5%p. e 7%p) nos mesmos intervalos de tempo. Os pós foram sinterizados via SPS e forno convencional (FC). Foram analisados o efeito da variação do tempo de moagem e da concentração de Nb2O5, além dos métodos de sinterização, nas propriedades físicas, mecânicas e magnética dos materiais sinterizados. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de moagem reduziu a distribuição do tamanho médio das partículas em 57% e melhorou a sinterabilidade dos pós moídos. As análises de DRX e magnéticas dos pós com adição de Nb2O5 sugerem uma nova composição da solução sólida do aço. Já as análises de DRX dos sinterizados via SPS mostram a formação das fases martensita e austenita retida. A microdureza das ligas obtidas a partir dos cavacos de EUROFER puro sinterizados por SPS (≈ 560 HV), foram superiores aos sinterizados por FC (≈ 65 HV) e da barra como recebida (410 HV). A adição do Nb2O5 no aço, manteve a microdureza dos sinterizado via SPS na ordem de grandeza da barra, porém os sinterizados via FC apresentaram valores inferiores (≈ 78 HV). Além disso, as densidades das amostras sinterizadas via SPS foram maiores do que as sinterizadas via FC. Diante dos resultados apresentados, a produção dessas novas ligas mostra-se promissora para o desenvolvimento novos materiais com menor densidade e maior dureza comparado a liga inicial de EUROFER.EUROFER is the reference steel for manufacturing structural components used in nuclear fusion reactors. It is a reduced activity ferritic-martensitic (RAFM) stainless steel, with has its good mechanical strength, corrosion resistance, creep resistance, and reduced radioactive activity, as well as a low ductile-to-brittle transition temperature. However, being a stainless steel, it cannot operate at temperatures exceeding 500 °C, as microstructural changes occur, leading to material embrittlement. Studies have been conducted to mitigate this issue, and the solution was to strengthen the steel through oxide dispersion strengthening (ODS) with yttrium oxide processed via powder metallurgy (PM). The objective of this work is to contribute to the development of new EUROFERbased alloys with the addition of niobium pentoxide (Nb2O5) processed by PM using highenergy milling (HEM) and sintering via Spark Plasma Sintering (SPS). Pure EUROFER chips were milled in a high-energy ball mill for different times (5h, 10h, and 15h), both with and without the addition of Nb2O5 (0%wt., 3%wt., 5%wt., and 7%wt.) over the same time intervals. The powders were sintered via SPS and conventional furnace (CF). The effects of milling time and Nb2O5 concentration, as well as sintering methods, on the physical, mechanical, and magnetic properties of the sintered materials were analyzed. The results showed that increasing the milling time reduced the average particle size distribution by 57% and improved the sinterability of the milled powders. X-ray diffraction (XRD) and magnetic analyses of the powders with added Nb2O5 suggest a new composition of the steel's solid solution. XRD analyses of SPS-sintered samples reveal the formation of retained martensitic and austenitic phases. The microhardness of the alloys obtained from pure EUROFER chips sintered by SPS (≈ 560 HV) was higher than those sintered by CF (≈ 65 HV) and the as-received bar (410 HV). The addition of Nb2O5 to the steel maintained the microhardness of samples sintered via SPS in the same order of magnitude as the bar, while those sintered via CF exhibited lower values (≈ 78 HV). Furthermore, the densities of the samples sintered via SPS were higher than those sintered via CF. Given the presented results, the production of these new alloys holds promise for developing new materials with lower density and higher hardness compared to the initial EUROFER alloy.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqUniversidade Federal do Rio Grande do NortePROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISUFRNBrasilCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAEuroferNb2O5Metalurgia do póMoagem de alta energiaSinterizaçãoEstudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do póinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRNORIGINALEstudoefeitoadicao_Menezes_2022.pdfapplication/pdf7334680https://repositorio.ufrn.br/bitstream/123456789/56512/1/Estudoefeitoadicao_Menezes_2022.pdf54035d05101a90b3c943646550e9f637MD51123456789/565122023-12-20 16:18:57.283oai:https://repositorio.ufrn.br:123456789/56512Repositório de PublicaçõesPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/opendoar:2023-12-20T19:18:57Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false |
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