INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO RIO GRANDE DO SUL- CAMPUS ERECHIM.
Adão Câmara
Carlos Alexandre Rech
Roger Ansolin
Vinicius Dalla Vechia
LIGAS DE NÍQUEL E SUAS APLICAÇÕES.
Erechim – RS
2019
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niquel base para as ligas de base niquel, Exercícios de Ciência dos materiais
ligas qewjiwejiwejiwejiewiwjiewdnd xwhdsxi icwusczb wsjxcbsj
Tipologia: Exercícios
2019
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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA
DO RIO GRANDE DO SUL- CAMPUS ERECHIM.
Adão Câmara Carlos Alexandre Rech Roger Ansolin Vinicius Dalla Vechia
LIGAS DE NÍQUEL E SUAS APLICAÇÕES.
Erechim – RS 2019
Adão Câmara Carlos Alexandre Rech Roger Ansolin Vinicius Dalla Vechia
LIGAS DE NÍQUEL E SUAS APLICAÇÕES.
Projeto da disciplina de Metodologia de Pesquisa, do Curso Superior de Engenharia Mecânica. Realizado no campus Erechim do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Do Rio Grande Do Sul - IFRS, como parte dos requisitos para aprovação na referida disciplina. Orientador: Professor Fabio luiz Knewitz. Erechim – RS 2019
RESUMO
Este trabalho foi elaborado com base em pesquisas bibliográficas sobre o elemento níquel e suas principais ligas, além das principais aplicações na indústria. Se tratando desse elemento existe um acervo muito grande de material publicado, pois o metal é matéria-prima, e é usado em diversos componentes. Trataremos do elemento em suas principais formas de consumo, como puro de alta concentração, ou em ligas com outros materiais. Diante da busca por avanços tecnológicos essa pesquisa bibliográfica se torna relevante para a área da engenharia mecânica, pois o material é um grande aliado a buscar novas soluções e tecnologias. Palavra-chave: Níquel. Ligas de níquel. Ligas a base de níquel.
ABSTRACT
This work was elaborated based on bibliographic research on the element nickel and its main alloys, besides the main applications in the industry. If this element is a very large collection of published material, metal is the raw material of various components. We will treat the element in its main forms of consumption, such as pure high concentration, or in alloys with other materials. Faced with the search for technological advances, this bibliographic research becomes important for mechanical engineering, since the material is a great ally to seek new solutions and technologies Keyword: Nickel: Nickel alloys. Nickel-based alloys.
1. INTRODUÇÃO
O níquel é um dos metais mais versáteis e importantes na indústria, isso se deve ao fato dele ter ductilidade acompanhada de resistência mecânica, pois ele possui estrutura cúbica de face centrada (CFC), ate seu ponto de fusão. Uma das grandes contribuições do elemento níquel é servir de base para uma grande quantidade de ligas. Os avanços constantes das técnicas metalúrgicas e das tecnologias de produção alavancaram o desenvolvimento destas ligas. As ligas de níquel são uma das mais importantes classes de materiais para a engenharia, pois elas podem ser usadas em uma grande variedade de meios e aplicações. Estas ligas podem ser utilizadas tanto em temperaturas criogênicas quanto em temperaturas próximas a 1200 ° C, tal fato pode ser explicado devido sua matriz se manter austenitica da solidificação, até o zero absoluto. Com um adição apropriada de elementos de liga, estas ligas possuem uma ótima resistência à corrosão e possuem aplicações em uma vasta gama de indústrias, incluindo geração de energia, petroquímica, aeroespacial, nuclear e similares, (AZEVEDO, 2018).
1.1 Hipótese
Analisando-se a influência do níquel e suas ligas, e observando a utilização deste elemento no ramo da engenharia, afirma-se que o elemento níquel é relevante na fabricação de estruturas em diversos meios, como a utilização em baixas, ou altas temperaturas e em meios corrosivos.
1.2 Problema de pesquisa
Essa pesquisa é sobre o elemento químico níquel, suas principais ligas e aplicações, e sua finalidade é estudar os principais usos do elemento na atualidade, e descrever suas principais ligas. Hoje na engenharia a aplicação de níquel em meios altamente calorificos, criogênicos e corrosivos são altamente indicados pois existem vantagens como uma maior resistência. O uso do níquel em ligas, ou puro é utilizado em diferentes ambientes. Esse trabalho será dividido em quatro classificações de ligas, para conhecermos melhor o elemento e suas aplicações, que são, níquel comercialmente puro, ligas binárias, ligas ternárias, ligas complexas e superligas.
1.3 Justificativa
Esse trabalho tem como justificativa falar sobre o elemento níquel e suas principais ligas utilizadas, atualmente o níquel é utilizada em diversos setores, desde moedas cunhadas com o elemento, pás de turbinas a jato, e veículos espaciais, se trata de um material que é encontrado facilmente na crosta terrestre. Existem diferentes ligas que utilizam Níquel em sua composição, vários avanços tecnológicos se deram por conta do elemento poder ser usado como elemento de liga em aços e de se adaptar a diferentes variações de ambientes e temperaturas, exemplo disso é que o elemento é ligado e usado em turbinas, foguetes espaciais. Diante desse contexto, o presente trabalho torna-se relevante, tendo em vista a importância que o elemento tem na área, e o avanço tecnologico que nos proprorcionou.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Elemento químico Níquel.
Metal usado na cunhagem de moedas e considerado de transição. A designação de Kupfernickel, era aplicada por mineiros alemães para indicar o falso cobre que extraíam da mina. Uma das características do níquel é melhorar as propriedades mecânicas da maioria dos metais e ligas a que se associa. Definido como um metal branco prateado, levemente duro, maleável, de boa resistência à oxidação e à corrosão, símbolo químico Ni, pertence ao grupo VII da tabela periódica. Destaca-se pelo seu magnetismo, que o transforma em um imã em contato com campos magnéticos, seu peso específico é de 8,5 g/cm³, dureza escala de Mohs 3,5. Seu número atômico é 28, o metal também se destaca pela sua relativa resistência a oxidação e corrosão, sendo mais duro que o ferro. Figura 1 – pequeno pedaço de Níquel puro. (Fonte: https://www.infoescola.com/elementos-quimicos/niquel/)
3.2 Principais ligas de Níquel
Figura 2 – Principais ligas de Níquel. (Fonte: http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10024308.pdf)
3.2.2 Ligas binárias
Das categorias que compõem as ligas binárias, a mais comum é a liga Níquel-Cobre, também conhecida como Monel. A liga Monel também apresenta pequenas quantidades de Aluminio, Ferro e Titânio. As ligas Níquel-Cobre diferem do Níquel 200 e do Níquel 201 pelo fato de sua resistência mecânica e dureza aumentarem devido ao endurecimento por envelhecimento, embora possuam aspectos comuns em termos de resistência à corrosão, aos níquéis comercialmente puro, sua resistência aos ácidos sulfúrico e fluorídrico e à salmoura é melhor, como também devemos ressaltar sua resistência ao trincamento atribuído à corrosão sob tensão em meios clorosos. Os equipamentos submetidos a água salgada ou água salobra, são as principais aplicações. Outras ligas binárias comercialmente importantes são as de composição Níquel-Molibdênio. Destaca-se entre elas a liga Hastelloy B- que oferece uma excelente resistência a ácidos clorídricos e também a qualquer meio redutor. Também possuem alta resistência mecânica em atmosferas de gases inertes em temperaturas elevadas.^1 Figura 4 – parafusos produzidos com da liga monel (Cu-Ni). (Fonte: https://www.infoescola.com/elementos-quimicos/niquel/) 1 Monel - liga de níquel e cobre, resistente à corrosão (em especial na água salgada) utilizada na indústria naval e petrolífera. Por ser resistente a meios ácidos é também utilizada na indústria alimentícia.
3.2.3 Ligas ternárias
Do quadro de ligas ternárias, destacam-se as composições Níquel- Cromo-Ferro e Níquel-Cromo-Molibdênio. Os principais componentes do sistema Níquel-Cromo-Ferro são conhecidos comercialmente como Inconel 600, e Incoloy 800. O Inconel 600 tem boa resistência tanto em meios oxidantes, quanto em meios redutores e podem ser trabalhados a altas temperaturas. O Incolloy 800 possui boa resistência à oxidação e à carbonetação a temperaturas elevadas. As ligas Níquel-Cromo-Molibdênio são altamente resistentes à corrosão alveolar. Elas retêm grande resistência mecânica e à oxidação a elevadas temperaturas. Têm grande aplicação na indústria, principalmente em equipamentos submetidos a meios aquosos. Neste grupo, as principais ligas são o Hastelloy C-276, Hastelloy C-22 e o Inconel 625. Figura 5 – Composição quimica do Inconel 625, segundo norma ASTM B446. (Fonte: http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10024308.pdf)
3.2.5 Superligas
Ligas de níquel de grande importância, especialmente desenvolvidas para serviços sob condições de alta resistência mecânica a altas temperaturas. A principal exigência mecânica para tal serviço é a alta resistência à fluência. O mecanismo da fluência está relacionado ao movimento termicamente ativado das discordâncias (defeitos cristalinos lineares) através da rede cristalina. Os principais requisitos para alta resistência à fluência são: uma matriz que possua um alto valor de módulo de elasticidade e uma baixa taxa de difusão a temperaturas elevadas. As superligas de níquel normalmente contêm elementos como cromo, cobalto, ferro, molibdênio, tungstênio e nióbio. O efeito destes elementos solutos é o fortalecimento da matriz com a finalidade de conter o movimento das discordâncias. Dentre as superligas destacam-se Alloy 25, Udimet 700, Astroloy, Rene 95 e a classe Nimonic. Uma grande aplicação para as superligas está relacionada à produção de componentes de turbinas e na indústria aeronáutica. Figura 7 – Esquema de turbina de um avião.
(Fonte: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S092150930600760X)
3.2.6 Ligas fundidas
Ao final dos anos 1950 o aumento das temperaturas de serviço das turbinas era limitado pela capacidade das ligas trabalhadas disponíveis, que, além disso, apresentavam dificuldades no forjamento. Por este motivo, ligas com composição química que permitem mais alta resistência mecânica só podem ser fabricadas por fundição (processo “investimento”, ou seja, por cera perdida). Entre as ligas fundidas mais usadas estão a 713C, a Inconel 100, a B- 1900, a Udimet 500, a René 77, a René 80 e a Inconel 738. A necessidade de desenvolver ligas com melhor resistência à corrosão em altas temperaturas e boa resistência mecânica levou ao aumento do teor de cromo, principalmente no caso da fabricação de turbinas industriais a gás que devem suportar longo tempo de serviço em alta temperatura, resistindo à corrosão a quente. Algumas dessas turbinas podem operar com combustíveis contendo enxofre e vanádio, ou podem ser utilizadas em embarcações, entrando em contato com sais marinhos.
pesquisas exploratórias têm como objetivo proporcionar maior familiaridade com o problema, com vistas a torná-lo mais explícito ou a construir hipóteses. Completando o que afirma Gil tem-se Netto (2006, apud SOUZA 2008, p.13) ao afirmar que a pesquisa exploratória “estabelece critérios, métodos e técnicas para elaboração de uma pesquisa e visa oferecer informações sobre o objeto desta e orientar a formulação de hipóteses.” Dentro desse contexto citam-se as Instituições de Ensino Superior e de pesquisa científica e tecnológica como grandes pilares fomentadores do conhecimento e do desenvolvimento humano. Segundo Silveira (2007, p.1) É nas universidades públicas que se realiza a maior parte das pesquisas que viabilizam o aprofundamento do estudo sobre as ciências conhecidas e desenvolvidas nos dias de hoje. [...] elas são responsáveis por desenvolver atividades de ensino, pesquisa e extensão com o objetivo de ampliar o conhecimento científico utilizado pelo homem no aprimoramento de sua qualidade de vida.
6. RESULTADOS
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7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AZEVEDO, Eduarda Marques; CLASSIFICAÇÃO DE LIGAS DE NÍQUEL QUANTO À RESISTÊNCIA À CORROSÃO, Rio de Janeiro, Março de 2018. Disponível em: http://pmt.usp.br/pmt3402/material/ligas_Ni.pdf. Acesso em: abril de 2019. SIMS, C.T.; HAGEL, W.C.; “The Superalloys”, John Wiley & Sons, New York, 1972, p. 1- 565. FARINA, Alexandre; METALOGRAFIA DAS LIGAS E SUPERLIGAS DE NÍQUEL, São paulo, 2018. Disponível em: http://pmt.usp.br/pmt3402/material/ligas_Ni.pdf. Acesso em: abril de 2019. SLAMA, C.; Abdellaoui, M.; “Structural Characterization of the Aged inconel 718”, Journal of Alloys and Compounds, v. 306, 2000, p. 277 – 284. NATAEL. Balasubramanian, T.G. Langdon, Mater. Sci. Eng. A, 410/411 (2005), pp. 476-