O presente trabalho tem como objetivo a avaliação do comportamento mecânico do aço maraging 300 após tratamentos de solubilização, envelhecimento e nitretação por plasma. Foram utilizadas técnicas de microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura, microscopia eletrônica de transmissão, microscopia de força atômica, raios X, dilatometria e dureza para caracterização do material antes e após a fluência. Os tratamentos resultaram em uma microestrutura martensítica ?';-Fe no substrato com formação de uma camada de ?';-Fe4N e ?-Fe3N na superfície do material nitretado com espessura média de 50 ?m. A dureza média aumentou de 331 HV da liga solubilizada para 604 HV após envelhecimento devido à formação de precipitados de Ni3(Ti,Mo), e atingindo até 1140 HV na superfície após nitretação, devido à formação dos nitretos. O material após tratamentos térmicos e termoquímicos foi submetido a ensaios de fluência nas condições de temperatura de 550, 600 e 650C e tensões de 200, 300 e 500 MPa, em que apresentou um comportamento típico em fluência. Os valores do expoente de tensão, n, variaram entre 6,0 e 7,5 e a energia de ativação, Qc, entre 364 e 450 kJ/mol que, juntamente com o emaranhado e arranjo de células de discordâncias formado permitiram concluir que o mecanismo dominante de fluência se deu por escalagem e escorregamento de discordâncias. A microestrutura pós-fluência apresentou reversão de parte da martensita para austenita e o superenvelhecimento do material, com o coalescimento dos precipitados de Ni3(Ti,Mo) e a formação dos precipitados de Fe2Mo, reduzindo a resistência mecânica da liga. Os resultados de redução de área, alongamento percentual, análises fractográficas e relação de Monkman-Grant indicaram que o mecanismo predominante de fratura foi dúctil, sendo que o material nitretado apresentou uma menor ductilidade em função da camada de nitretos formada. O aço maraging 300 previamente nitretado apresentou menor taxa de fluência no estágio secundário do que o sem nitretação apenas na temperatura de 650 C, provavelmente devido à barreira à oxidação formada que foi mais acentuada nesta temperatura. O aço maraging 300 apresentou uma taxa de fluência no estágio secundário de até 104 vezes menor que o encontrado na literatura para o aço AISI 4340, associado à presença dos precipitados intermetálicos atuando como barreira à movimentação de discordâncias. Conclui-se desta forma que o aço maraging 300 possui potencial para substituição dos aços de ultra-alta resistência atualmente utilizados na indústria aeroespacial em condições severas de temperatura e fluência, sendo o tratamento de nitretação por plasma uma alternativa de melhora em sua resistência nestas condições.

O objetivo deste trabalho foi o estudo do efeito do recobrimento metálico e do recobrimento como forma de barreira térmica no comportamento de fluência da liga Ti-6Al-4V. O uso de recobrimentos pode ser utilizado como técnica para aumentar a vida útil ou a temperatura de trabalho das ligas de titânio, melhorando a eficiência de motores de turbinas a gás. Para isto, em alguns corpos de prova foram aplicados recobrimento metálico de NiCoCrAlY por aspersão térmica, em outros corpos de prova foram aplicados recobrimento como forma de barreira térmica (TBC), composto por uma camada de ligação de NiCoCrAlY e uma camada cerâmica de zircônia parcialmente estabilizada com ítria (ZrO2 + 8 % peso ítria) por aspersão térmica. Foram realizados ensaios de fluência na modalidade de carga constante na temperatura de 600 C nas tensões de 125, 250 e 319 MPa e na tensão de 125 MPa para as temperaturas de 500 e 700 C, para os corpos de prova com e sem recobrimentos. Foram determinados os parâmetros e os mecanismos de fluência. A caracterização do material foi realizada através de microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura (MEV). A liga com recobrimento metálico e TBC apresentou um aumento médio na resistência à fluência em relação à liga não recoberta de 77% e 131%, respectivamente, com redução na taxa de fluência secundária e aumento no tempo de vida por fluência. Os valores dos expoentes de tensão obtidos variaram entre 3,59 e 3,88 e da energia de ativação entre 265 e 270 kJ/mol, indicando que o mecanismo de fluência era controlado por escalagem de discordâncias. As análises fractográficas indicaram que o mecanismo predominante foi caracterizado pela formação e coalescência de microcavidades com forma e tamanhos variados, formando os dimples ou vazios, prevalecendo o mecanismo de fratura dúctil em todas as condições.

A busca por soluções energéticas mais eficientes e, em alguns casos, capazes de gerar autonomia nos diversos tipos de setores industriais tornou-se uma tendência mundial na atualidade. Neste cenário, as turbinas a gás são uma boa alternativa para geração de energia. Os principais componentes de uma turbina a gás são: compressor, câmara de combustão e turbina. Os materiais utilizados na entrada turbina são expostos grandes carregamentos mecânicos e a um escoamento continuo de gases, que apresenta elevadas temperaturas. Essas condições fazem com que os componentes estejam susceptíveis a falhas mecânicas. A fluência é uma dos mecanismos de falha mais comuns que reduz significativamente a vida do componente. O efeito da fluência é altamente dependente das condições de operação do motor, seu modo de operação e também dos parâmetros e detalhes de projeto da seção criticamente mais quente. O estudo de materiais que apresentam boa resistência à fluência é fundamental o projeto tanto aerotermodinâmico quanto o estrutural; por esse motivo, o objetivo deste trabalho é estudar a superliga Inconel 718, nos seus aspectos de análise metalúrgica, para aplicação em turbinas a gás.

A proposta da modificação química da superliga MAR-M247 através da substituição do Ta pelo Nb (em átomos) foi baseada nas seguintes informações: (1) O Nb desempenha funções muita parecidas com as do Ta nas superligas à base de Ni, como endurecedor via solução sólida da fase ? e elemento formador de fases secundárias (?? e carbonetos); (2) O Brasil tem as maiores reservas de Nb do mundo e (3) O Nb já é adicionado em diversas classes de superligas à base de Ni - fundidas convencionalmente e solidificadas direcionalmente e monocristalinas. Neste trabalho o objetivo principal foi de avaliar a viabilidade da substituição do Ta pelo Nb na superliga à base de Ni MAR-M247. As amostras da MAR-M247 e da liga modificada - MAR-M247[Nb] utilizadas na caracterização microestrutural foram obtidas por solidificação direcional no forno a vácuo do tipo forno Bridgman (Lab. de Solidificação/FEM-UNICAMP) nas seguintes condições de processamento: v = 5, 10 e 18 cm/h e G = 80°C/cm. As simulações de cálculo termodinâmico utilizando o programa Thermo-Calc foram realizadas com o objetivo de se avaliar se as temperaturas de transformação mudariam com a substituição do Ta pelo Nb. Para avaliação das propriedades mecânicas em alta temperatura e a estabilidade estrutural da superliga MAR-M247[Nb] foram realizados ensaios de fluência a 750 e 850 °C nas tensões de 840, 780 e 440 MPa. A estabilidade microestrutural da MAR-M247[Nb] foi testada por meio de ensaios de oxidação isotérmica a 1000 °C no intervalo de tempo de 30 minutos a 100 h. A substituição do Ta pelo Nb promoveu mudanças significativas principalmente nas temperaturas de formação do eutético ?/??, solvus - ?? e de fusão incipiente. As microestruturas das ligas após os experimentos de solidificação direcional a v = 5, 10 e 18 cm/h eram constituídas por dendritas da fase gama - ? e precipitados coerentes da fase gama linha - ?? (morfologia cuboidal). Na região interdendrítica da MAR-M247 e MAR-M247[Nb] solidificadas a v = 5 e 10 cm/h foram encontrados os eutéticos ?/?? e ?/Ni5(Hf,Zr). Na v = 18 cm/h a região interdendrítica era constituída apenas do eutético ?/??. A exposição a 1250 °C por 15 e 30 dias promoveu a decomposição total e a re-precipitação de carbonetos do tipo MC. No entanto, devido à contaminação por oxigênio e nitrogênio durante os tratamento térmicos, não foi atingido o equilíbrio termodinâmico em decorrência de mudanças das composições dos carbonetos MC. Nos ensaios de fluência a 750 °C, os tempos de ruptura foram de 49 h para MAR-M247 e de 39,4 h para MAR-M247[Nb] apesar dos elevados valores das tensões terem sido superestimados. A 850 °C o tempo de ruptura da MAR-M247[Nb] (trup = 359 horas) foi reduzido em 32 % em relação ao valor observado para MAR-M247 (trup = 476 horas). Os resultados dos ensaios de oxidação a 1000 °C da superliga MAR-M247[Nb] mostraram que o período transiente foi de 20 h com ganho de massa expressivo. A partir de 50 h o efeito do descolamento das camadas oxidadas durante o resfriamento das amostras foi significativo e promoveu uma variação de massa importante no intervalo de tempo de 50 a 100 h. Ensaios de oxidação em tempos mais longo deverão ser feitos para determinação da estrutura de formação das camadas e seus respectivos constituintes. / The chemistry modification in the Ni-based superalloy MAR-M247 through the replacing all Ta by Nb was based on in these statements: (1) Nb does the same function in Ni-based superalloys as Ta does, solid solution strenghtening and ?? e carbides element formers, (2) Brazil has the major ores of Nb in the world and (3) Nb has been added in all classes of Ni superalloy conventional casting, columnar and single crystal processed by directional solidification. In this study the main focus was to evaluate the feasibility of replacing Ta by Nb in the Ni - based superalloy MAR-M247. The samples of MAR-M247 and the Nb modified MAR-M247[Nb] were produced by directional solidification in a Bridgman vacuum furnace at the Solidification Research Lab/FEM - UNICAMP) in the following processing conditions: v = 5, 10 and 18 cm/h and G = 80 °C/cm. The thermodynamic simulations using Thermo-Calc program were performed to evaluate whether or not the transformation temperatures would change with the replacing of Ta by Nb. For the evaluation of mechanical properties at high temperature were performed creep rupture tests at 750 and 850 °C under the stress values of 840, 780 and 440 MPa. The isotermal oxidation tests at 1000 °C were done during the time interval of 30 min to 100 h. The replacing of Ta by Nb promoted some changes in eutectic-?/??, ??-solvus and incipient melting temperatures. After the directional solidification experiments at the v = 5, 10 and 18 cm/h the microstructural characterization has shown that for all condition the microstructures were composed by dendrites - ? and ?? - cuboidal precipitates in it. In the interdendritic region was observe the ?/?? and ?/Ni5(Hf,Zr) eutectics for v = 5 and 10 cm/h and only the ?/?? eutectics for v = 18 cm/h. The exposure at 1250 °C for the extended times promoted the formation of fine MC carbides but the equilibrium compositions have not been achieved due to the oxygen and nitrogen contamination. In the creep rupture tests at 750 °C the MAR-M247[Nb] have shown more shorter lifetime than the MAR-M247 even with overestimated tensile stress. At 850 °C the lifetime for MAR-M247[Nb] (trup = 359 h) was reduced by 32 % compared to the MAR-M247 (trup = 476 h). It was discussed that the changes in the composition of the ? phase induced Ta by Nb replacing which would led to the weakness of matrix in the MAR-M247[Nb]. The samples were oxidized at 1000 °C showed 20 h to the transient period and significant weight gain in that time. However at the extended period the weight gain had changed significantly and was precluded to predict the structure formation of oxides layer properly.

A proposta da modificação química da superliga MAR-M247 através da substituição do Ta pelo Nb (em átomos) foi baseada nas seguintes informações: (1) O Nb desempenha funções muita parecidas com as do Ta nas superligas à base de Ni, como endurecedor via solução sólida da fase ? e elemento formador de fases secundárias (?? e carbonetos); (2) O Brasil tem as maiores reservas de Nb do mundo e (3) O Nb já é adicionado em diversas classes de superligas à base de Ni - fundidas convencionalmente e solidificadas direcionalmente e monocristalinas. Neste trabalho o objetivo principal foi de avaliar a viabilidade da substituição do Ta pelo Nb na superliga à base de Ni MAR-M247. As amostras da MAR-M247 e da liga modificada - MAR-M247[Nb] utilizadas na caracterização microestrutural foram obtidas por solidificação direcional no forno a vácuo do tipo forno Bridgman (Lab. de Solidificação/FEM-UNICAMP) nas seguintes condições de processamento: v = 5, 10 e 18 cm/h e G = 80°C/cm. As simulações de cálculo termodinâmico utilizando o programa Thermo-Calc foram realizadas com o objetivo de se avaliar se as temperaturas de transformação mudariam com a substituição do Ta pelo Nb. Para avaliação das propriedades mecânicas em alta temperatura e a estabilidade estrutural da superliga MAR-M247[Nb] foram realizados ensaios de fluência a 750 e 850 °C nas tensões de 840, 780 e 440 MPa. A estabilidade microestrutural da MAR-M247[Nb] foi testada por meio de ensaios de oxidação isotérmica a 1000 °C no intervalo de tempo de 30 minutos a 100 h. A substituição do Ta pelo Nb promoveu mudanças significativas principalmente nas temperaturas de formação do eutético ?/??, solvus - ?? e de fusão incipiente. As microestruturas das ligas após os experimentos de solidificação direcional a v = 5, 10 e 18 cm/h eram constituídas por dendritas da fase gama - ? e precipitados coerentes da fase gama linha - ?? (morfologia cuboidal). Na região interdendrítica da MAR-M247 e MAR-M247[Nb] solidificadas a v = 5 e 10 cm/h foram encontrados os eutéticos ?/?? e ?/Ni5(Hf,Zr). Na v = 18 cm/h a região interdendrítica era constituída apenas do eutético ?/??. A exposição a 1250 °C por 15 e 30 dias promoveu a decomposição total e a re-precipitação de carbonetos do tipo MC. No entanto, devido à contaminação por oxigênio e nitrogênio durante os tratamento térmicos, não foi atingido o equilíbrio termodinâmico em decorrência de mudanças das composições dos carbonetos MC. Nos ensaios de fluência a 750 °C, os tempos de ruptura foram de 49 h para MAR-M247 e de 39,4 h para MAR-M247[Nb] apesar dos elevados valores das tensões terem sido superestimados. A 850 °C o tempo de ruptura da MAR-M247[Nb] (trup = 359 horas) foi reduzido em 32 % em relação ao valor observado para MAR-M247 (trup = 476 horas). Os resultados dos ensaios de oxidação a 1000 °C da superliga MAR-M247[Nb] mostraram que o período transiente foi de 20 h com ganho de massa expressivo. A partir de 50 h o efeito do descolamento das camadas oxidadas durante o resfriamento das amostras foi significativo e promoveu uma variação de massa importante no intervalo de tempo de 50 a 100 h. Ensaios de oxidação em tempos mais longo deverão ser feitos para determinação da estrutura de formação das camadas e seus respectivos constituintes. / The chemistry modification in the Ni-based superalloy MAR-M247 through the replacing all Ta by Nb was based on in these statements: (1) Nb does the same function in Ni-based superalloys as Ta does, solid solution strenghtening and ?? e carbides element formers, (2) Brazil has the major ores of Nb in the world and (3) Nb has been added in all classes of Ni superalloy conventional casting, columnar and single crystal processed by directional solidification. In this study the main focus was to evaluate the feasibility of replacing Ta by Nb in the Ni - based superalloy MAR-M247. The samples of MAR-M247 and the Nb modified MAR-M247[Nb] were produced by directional solidification in a Bridgman vacuum furnace at the Solidification Research Lab/FEM - UNICAMP) in the following processing conditions: v = 5, 10 and 18 cm/h and G = 80 °C/cm. The thermodynamic simulations using Thermo-Calc program were performed to evaluate whether or not the transformation temperatures would change with the replacing of Ta by Nb. For the evaluation of mechanical properties at high temperature were performed creep rupture tests at 750 and 850 °C under the stress values of 840, 780 and 440 MPa. The isotermal oxidation tests at 1000 °C were done during the time interval of 30 min to 100 h. The replacing of Ta by Nb promoted some changes in eutectic-?/??, ??-solvus and incipient melting temperatures. After the directional solidification experiments at the v = 5, 10 and 18 cm/h the microstructural characterization has shown that for all condition the microstructures were composed by dendrites - ? and ?? - cuboidal precipitates in it. In the interdendritic region was observe the ?/?? and ?/Ni5(Hf,Zr) eutectics for v = 5 and 10 cm/h and only the ?/?? eutectics for v = 18 cm/h. The exposure at 1250 °C for the extended times promoted the formation of fine MC carbides but the equilibrium compositions have not been achieved due to the oxygen and nitrogen contamination. In the creep rupture tests at 750 °C the MAR-M247[Nb] have shown more shorter lifetime than the MAR-M247 even with overestimated tensile stress. At 850 °C the lifetime for MAR-M247[Nb] (trup = 359 h) was reduced by 32 % compared to the MAR-M247 (trup = 476 h). It was discussed that the changes in the composition of the ? phase induced Ta by Nb replacing which would led to the weakness of matrix in the MAR-M247[Nb]. The samples were oxidized at 1000 °C showed 20 h to the transient period and significant weight gain in that time. However at the extended period the weight gain had changed significantly and was precluded to predict the structure formation of oxides layer properly.