Caracterização microestrutural e mecânica de ligas à base de níquel após processamento mecânico (deformação plástica severa) e tratamento térmico

Abstract

A significant variety of properties presented by the materials is strongly dependent on the microstructure, among them one can mention limits of resistance and flow, elongation, tenacity, resistance to impact among others. In commercial alloys, the microstructure of the metals (grain size) is controlled according to the application, through conventional thermomechanical treatments such as forging, rolling and extrusion, where the grain size reached can reach the order of micrometers. The Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) is an unconventional processing technique, which has the ability to subject the processed metals to the so-called severe plastic deformation (DPS), thus allowing the production of metals with grain sizes below 1μm. The present work will analyze the metallurgical phenomena involved in the application of ECAP in the Inconel 600 nickel superalloy (alloy 600), composed of 72% nickel, 14 ± 17% chromium and 6-10% iron, which is used in the nuclear industry as material of the Pressurized Water Reactors (PWR) steam generator primary circuit tubes, or Pressurized Water Reactors. Samples of alloy 600 were solubilized and processed by ECAP up to 5 passes using routes A and Bc and, after processing, some were subjected to thermal treatments at different temperatures. Optical, scanning electron and scanning electron microscopes were used for microstructural characterization. The texture was analyzed by means of X-ray diffraction and Electron Backscatter Diffraction, EBSD or Diffraction of Retro-scattered Electrons and the hardness was characterized by means of Vickers microhardness . After deformation of the solubilized alloy 600, a change in the microstructure was observed, the solubilized sample had coarse grains and had annealing maclas and, after the first pass, it was noticed the formation of deformation structures with the appearance of sliding lines and after The third pass shows deformation and transition bands. Different substructures of dislocations formed by different processing routes, such as cell structures and microbands, were also observed. The microhardness of the alloy has increased as new passes have been made, a phenomenon that can be correlated with the increased mechanical strength of the alloy. In addition, it was observed that by route BC the values of microhardness are more homogeneous than those found by route A. EBSD analyzes showed that BC route produced more equiaxial grains and also a larger amount of high angle grain boundaries, while route A produced longer grains and a smaller amount of high angle grain boundaries. X-ray diffraction analysis of the deformed samples by route A, without heat treatment, showed a tendency of texture formation associated with the planes and directions {111} <110>, and after the heat treatments there was a new texture associated with planes and directions {114} <221>. The samples deformed by the BC route tend to form textures referring to planes and directions {112} <110> despite the formation of other textures, which after heat treatments formed several other textures associated with planes and directions {110} <110>, {100} <110> and {111} <110>. Key-words: Alloy 600, ECAP, Severe Plastic Deformation LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Desenho esquemático de um conjunto matriz e punção de ECAP ...... 16 Figura 2 – Desenho esquemático de um gerador de vapor .................................. 17 Figura 3 – Deslizamento de um plano de átomos sobre outro adjacente em um cristal perfeito ........................................................................................................ 18 Figura 4 – Movimento de uma discordância ao longo de um plano de deslizamento ......................................................................................................... 18 Figura 5 – Um dos planos {111} da estrutura CFC e as três direções <110> possíveis ............................................................................................................... 19 Figura 6 – Representação da distribuição das discordâncias em metais de baixa EFE e alta EFE ..................................................................................................... 20 Figura 7 – Microestrutura de metais policristalinos deformados por escorregamento. ................................................................................................... 21 Figura 8 – Diagrama esquemático do processo de recozimento .......................... 23 Figura 9 – Diferentes rotas de processamento por ECAP. ................................... 26 Figura 10 – Possíveis variações nos ângulos φ e ψ da matriz .............................. 26 Figura 11 – Gráfico comparativo, alongamento, limite de escoamento e deformação equivalente, da liga de alumínio 3004, processada por laminação e ECAP. ................................................................................................................... 28 Figura 12 – Ilustração de interferências construtiva (acima) e destrutiva (abaixo). .............................................................................................................................. 30 Figura 13 –Relação entre distância interplanar e parâmetro de rede para os sistemas cristalinos ............................................................................................... 31 Figura 14 – Esquema simplificado de um difratômetro de raios X. T é a fonte de raios x; S é a amostra; C é o detector; e O é o eixo em torno do qual a amostra e o detector rotacionam. ............................................................................................. 31 Figura 15 – Exemplo de difratograma ................................................................... 32 Figura 16 – Definição dos ângulos de Euler (φ1, Φ, φ2) conforme a notação de Bunge .................................................................................................................... 34 Figura 17 – Corpo de prova após usinagem e solubilização. ................................ 35 Figura 18 – Matriz e punção.................................................................................. 36 Figura 19 – Fluxograma do procedimento experimental ....................................... 37 Figura 20 – Referencial das secções .................................................................... 38 Figura 21 – Liga 600 como recebida (DL) ............................................................. 42 Figura 22 – Liga 600 como recebida (DT) ............................................................. 42 Figura 23 – Liga 600 após solubilização (DL) ....................................................... 43 Figura 24 – Liga 600 após solubilização (DT) ....................................................... 43 Figura 25 – Liga 600 após 1 passe de deformação (DL) ...................................... 43 Figura 26 – Liga 600 após 1 passe de deformação (DN) ...................................... 43 Figura 27 – Liga 600 após 1 passe de deformação (DT) ...................................... 44 Figura 28 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota A) (DL) ...................... 44 Figura 29 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota A) (DN) ...................... 44 Figura 30 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota A) (DT) ...................... 45 Figura 31 – Liga 600 após 5 passes de deformação (Rota A) (DL) ...................... 45 Figura 32 – Liga 600 após 5 passes de deformação (Rota A) (DN) ...................... 45 Figura 33 – Liga 600 após 5 passes de deformação (Rota A) (DT) ...................... 45 Figura 34 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota BC) (DL) .................... 46 Figura 35 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota BC) (DN) .................... 46 Figura 36 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota BC) (DT) .................... 46 Figura 37– Liga 600 após 5 passes de deformação (Rota BC) (DL) ..................... 47 Figura 38 – Liga 600 após 5 passes de deformação (Rota BC) (DN) .................... 47 Figura 39 – Liga 600 após 5 passes de deformação (Rota BC) (DT) .................... 47 Figura 40 – 1 passe recozida a 250 °C longitudinal .............................................. 48 Figura 41 – 1 passe recozida a 250 °C normal ..................................................... 48 Figura 42 – 1 passe recozida a 250 °C transversal............................................... 48 Figura 43 – 1 passe recozida a 450 °C longitudinal .............................................. 48 Figura 44 – 1 passe recozida a 450 °C normal ..................................................... 49 Figura 45 – 1 passe recozida a 450 °C transversal............................................... 49 Figura 46 – 1 passe recozida a 600 °C longitudinal .............................................. 49 Figura 47 – 1 passe recozida a 600 °C normal ..................................................... 49 Figura 48 – 1 passe recozida a 600 °C transversal............................................... 50 Figura 49 – 3 passes recozida a 250 °C longitudinal ............................................ 50 Figura 50 – 3 passes recozida a 250 °C normal ................................................... 50 Figura 51 – 3 passes recozida a 250 °C transversal ............................................. 51 Figura 52 – 3 passes recozida a 450 °C longitudinal ............................................ 51 Figura 53 – 3 passes recozida a 450 °C normal ................................................... 51 Figura 54 – 3 passes recozida a 450 °C transversal ............................................. 51 Figura 55 – 3 passes recozida a 600 °C longitudinal ............................................ 52 Figura 56 – 3 passes recozida a 600 °C normal ................................................... 52 Figura 57 – 3 passes recozida a 600 °C transversal ............................................. 52 Figura 58 – Liga 600 após 3 passes de deformação (Rota A) (DL) .............