Quais são alguns materiais-de ligas de níquel resistentes ao desgaste?

 

O que é uma liga-de níquel resistente ao desgaste?

 

As ligas-de níquel resistentes ao desgaste são uma classe de materiais metálicos-de alto desempenho que usam níquel como base e adicionam vários elementos de liga (como cromo, molibdênio, tungstênio, nióbio, ferro etc.) e passam por tratamentos de reforço especiais, exibindo assim excelente durabilidade em ambientes de desgaste severo.

 

As ligas-de níquel resistentes ao desgaste são consideradas um dos "materiais definitivos" para resolver os desafios triplos de alta temperatura, corrosão e desgaste. Seu desempenho superior decorre do projeto preciso da composição da liga e do controle da microestrutura. Ao selecionar essas ligas, é essencial uma estreita colaboração com fornecedores de materiais ou engenheiros, levando em consideração condições operacionais específicas (T, P, meio) e modos de falha, para seleção e testes direcionados.

 

Esses materiais não apenas herdam a excelente resistência-a altas temperaturas, a resistência à corrosão e a boa tenacidade das ligas à base de níquel-, mas também possuem excelente resistência ao desgaste, arranhões, corrosão e danos por atrito por meio de projetos de liga específicos e mecanismos de reforço. Esses materiais são amplamente utilizados em condições de trabalho extremamente adversas. Detalharemos os principais mecanismos de reforço e{4}}resistência ao desgaste, bem como famílias comuns de ligas de níquel-resistentes ao desgaste e classes típicas, etc.

 

Principais mecanismos de fortalecimento e resistência ao desgaste

 

Os mecanismos de fortalecimento abordam “como torná-lo mais forte”; mecanismos-de resistência ao desgaste abordam "como resistir ao desgaste". Os quatro seguintes são tipos comuns de materiais de reforço e{2}}resistentes ao desgaste:

 

1. Fortalecimento de solução sólida:Adição de elementos químicos como molibdênio, cromo, tungstênio e cobalto para fortalecer a matriz.

 

2. Reforço de Segunda Fase (Endurecimento por Precipitação):

• 'fase [Ni₃(Al, Ti)]:A principal fase de reforço em materiais como Inconel 718 e X-750, proporcionando resistência a altas temperaturas.
• Carbonetos/Boratos:Como carbonetos de cromo (por exemplo, Cr₇C₃, Cr₂₃C₆) e carbonetos de molibdênio/tungstênio, que são partículas duras que resistem diretamente ao desgaste abrasivo. Os exemplos incluem carbonetos em ligas Hastelloy C-276 e Stellite.

 

3. Fortalecimento de Compostos Intermetálicos:Como as fases Ni₃Si e Laves.

 

4. Endurecimento por trabalho:Algumas ligas (como Monel K-500) podem ter sua dureza superficial significativamente aumentada através do trabalho a frio.

 

Classes comuns de ligas de níquel-resistentes ao desgaste e suas aplicações

 

1. Tipos comuns: ligas de níquel-cromo-molibdênio (resistentes à corrosão e ao desgaste)

 

• Principais características e mecanismo de resistência ao desgaste:Resistência extremamente alta à corrosão geral (especialmente ácidos redox mistos), reforçada com molibdênio e cromo através de solução sólida, e carbonetos proporcionam resistência ao desgaste.

 

• Principais aplicações:Bombas e válvulas químicas, agitadores, componentes internos de reatores, sistemas de dessulfurização de gases de combustão e indústria de papel.

 

 

2. Tipos comuns: ligas de níquel-cobre (ligas de monel)

 

• Principais propriedades e mecanismo de resistência ao desgaste:Excelente resistência à corrosão por água do mar, ácido sulfúrico e ácido fluorídrico. K-500 pode atingir maior dureza através do endurecimento por envelhecimento (precipitação de Ni₃(Ti,Al)) e trabalho a frio.

 

• Principais aplicações:Componentes de engenharia naval, eixos de bombas, válvulas, raspadores, transportadores helicoidais.

 

 

3. Tipo comum: Tipo de endurecimento por precipitação (resistência ao desgaste em alta-temperatura)

 

• Principais características e mecanismo de resistência ao desgaste:A resistência extremamente alta é alcançada através da precipitação de envelhecimento de fase 'e'; boa estabilidade-em altas temperaturas; resistência ao desgaste por atrito e desgaste por fadiga.

 

• Principais aplicações:Pás-de motores aeronáuticos, discos de turbina, fixadores, matrizes-de alta temperatura e parafusos de extrusão.

 

 

 

4. Tipos comuns: Evolução do aço inoxidável austenítico (alta resistência e resistência ao desgaste)

 

• Principais características e mecanismo de resistência ao desgaste:Aço inoxidável austenítico com alto-nitrogênio, mas com alto teor de níquel (~8,5%). Alta resistência e resistência ao desgaste são alcançadas através do tratamento com solução de nitrogênio e endurecimento por trabalho a frio, a um custo relativamente baixo.

 

• Principais aplicações:Rolamentos não lubrificados, anéis de desgaste, fixadores e equipamentos de processamento de alimentos.

 

 

 

Principais considerações para selecionar ligas de níquel-resistentes ao desgaste

 

1. Tipo de desgaste:É desgaste abrasivo, erosão, desgaste adesivo ou desgaste por atrito?

2. Meio ambiental:Temperatura, pressão, presença de ácidos, álcalis, sais, óxidos, sulfetos, etc.

3. Requisitos mecânicos:Dureza, resistência, tenacidade e resistência à carga de impacto necessárias.

4. Processo de fabricação:É necessária uma fundição/forjamento sólido ou apenas uma sobreposição de solda de superfície/revestimento por pulverização térmica?

5. Custo-efetividade:Embora as ligas de níquel sejam caras, a sua longa vida útil e os baixos custos de manutenção são muitas vezes económicos para equipamentos críticos.