Caracterização Microestrutural de Superligas Ni-Cr-Al-C Submetidas à Compressão em Diferentes Temperaturas.

Abstract

O conceito das ligas NICRALC, superligas à base de Ni, baseadas no sistema Al-C-Cr-Ni, modificadas ao Ítrio (Y) e tenacificadas ao Boro (B), com diferentes teores de carbono, foi desenvolvido por Goldenstein et al, como uma boa alternativa para a resistência à abrasão em altas temperaturas, em função do comportamento anômalo do crescimento da resistência mecânica com o aumento da temperatura, decorrente dos complexos mecanismos de deformação e endurecimento proporcionados pelo intermetálico γ’ e por uma dispersão de carbonetos do tipo M7C3, o que confere ao material durezas relativamente altas em temperaturas da ordem dos 800°C. As superligas de Ni, em geral, apresentam diversos mecanismos de deformação e endurecimento, a depender da temperatura e da taxa de deformação, como formação de falha de defeito de empilhamento, cisalhamento do intermetálico e anéis de Orowan. Neste contexto, este trabalho tem por objetivo apresentar uma caracterização microestrutural (fases, morfologias de fases) e preliminarmente estabelecer os mecanismos de deformação presentes na superliga NICRALC-10 próxima ao eutético, no estado bruto de fundição, com teor de carbono de 0,85% em peso, produzida por fundição por gravidade em shellmolding, submetida à deformação equivalente de aproximadamente 0,2 sob compressão, numa velocidade de 2 mm/min, em diferentes temperaturas: ambiente, 600°C, 800°C e 900°C. Para tanto, foram realizadas caracterizações por microscopia ótica (MO), microscopia eletrônica de varredura (MEV) e microanálise química (MEV-EDS), bem como produzidas lâminas finas para observação por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET). As temperaturas escolhidas decorrem do fato observado em trabalho anterior de que a resistência sob compressão do material cresce da condição de ensaio na temperatura ambiente até na condição de 800°C, a partir da qual passa a cair, indicando a possível atuação de diferentes mecanismos de deformação e endurecimento. As lâminas finas são obtidas na zona de máxima deformação sob compressão das amostras ensaiadas. Para tanto, foi realizado corte de precisão com disco diamantado, lixamento suave nas lixas de #320, #600, #1200, seguido de polimento em pasta de diamante de 3 e 1,0 µm até a espessura de 70 µm, para posterior obtenção de calota por abrasão de 20 µm e erosão iônica até furar a amostra para obtenção de zonas em seu entorno da ordem de 50 nm as quais permitem a obtenção de imagem por transmissão de elétrons. As imagens por MO, MEV-EDS e MET serão obtidas no Laboratório de Microscopia do CCT/UDESC em Joinville. As análises realizadas indicam que a composição química e microestrutura típica estão de acordo com os trabalhos anteriores. Em relação à avaliação preliminar por MET ainda não foi possível determinar com precisão os micromecanismos de deformação e interação das discordâncias com os precipitados de intermetálicos. Há indícios da formação de emaranhados de discordâncias para as temperaturas de ensaios mais baixas e a ocorrência de eventos de cisalhamento do intermetálico, assim como a formação de loops do tipo Kearl-Wilsdorf (K-W). Entretanto, análises mais aprofundadas precisam ser realizadas para uma completa definição dos micromecanismos de deformação presentes nesta liga NICRALC 10.

The concept of NICRALC alloys, Ni-based superalloys based on the Al-C-Cr Ni system, modified with yttrium (Y) and toughened with boron (B), with varying carbon contents, was developed by Goldenstein et al. as a promising alternative for abrasion resistance at high temperatures. This is due to the anomalous behavior of increasing mechanical strength with rising temperature, resulting from the complex deformation and hardening mechanisms provided by the γ' intermetallic phase and the dispersion of M7C3-type carbides. This combination imparts relatively high hardness to the material at temperatures around 800 °C. Ni-based superalloys generally exhibit various deformation and hardening mechanisms depending on the temperature and strain rate, such as stacking fault formation, intermetallic shearing, and Orowan looping. In this context, the aim of this work is to present a microstructural characterization (phases, phase morphologies) and to preliminarily establish the deformation mechanisms present in the near-eutectic NICRALC-10 superalloy, in the as-cast condition, with a carbon content of 0.85 wt.%, produced by gravity casting using the shell-molding process. The samples were subjected to equivalent strain of approximately 0.2 under compression, at a rate of 2 mm/min, and tested at different temperatures: room temperature, 600 °C, 800 °C, and 900 °C. To this end, characterizations were performed using optical microscopy (OM), scanning electron microscopy (SEM), and chemical microanalysis (SEM-EDS), as well as the preparation of thin foils for transmission electron microscopy (TEM). The selected temperatures are based on previous findings showing that the compressive strength of the material increases from room temperature to 800 °C, after which it starts to decline, indicating the possible operation of different deformation and hardening mechanisms. The thin foils were taken from the zone of maximum deformation under compression of the tested samples. Precision cutting was performed with a diamond disc, followed by gentle grinding using #320, #600, and #1200 grit papers, and polishing with 3 µm and 1.0 µm diamond pastes down to a thickness of 70 µm. Subsequently, a 20 µm dimple was created via abrasion and final ion milling was performed until perforation, enabling the formation of surrounding zones of approximately 50 nm suitable for TEM imaging. OM, SEM-EDS, and TEM images will be acquired at the Microscopy Laboratory of CCT/UDESC in Joinville. The analyses indicate that the chemical composition and typical microstructure are in agreement with previous studies. However, with respect to the preliminary evaluation by TEM, it was not yet possible to precisely determine the micromechanisms of deformation and dislocation interaction with intermetallic precipitates. There is evidence of dislocation tangling at the lower testing temperatures and occurrences of intermetallic shearing events, as well as the formation of Kearl Wilsdorf (K-W) loops. Nevertheless, further in-depth analyses are required to fully define the deformation micromechanisms present in this NICRALC-10 alloy.