Estudo da influência da deformação e do envelhecimento nas propriedades mecânicas da superliga de níquel X-750 Translated title: Study of the influence of deformation and aging on the mechanical properties of the nickel superalloy X-750

Abstract

A superliga de níquel X-750 pertence a classe das ligas níquel-cromo-alumínio-titânio e é indicada para aplicações em altas temperaturas e ambientes corrosivos. Entre outras aplicações é utilizada para a fabricação de molas helicoidais operando como componente estrutural de reatores nucleares. A presença do titânio em teores da ordem de 2,5% em peso confere à liga elevada resistência mecânica pelo mecanismo de endurecimento por precipitação da fase coerente γ'. Por outro lado o controle das propriedades mecânicas finais é fortemente dependente do grau de encruamento prévio ao tratamento térmico de envelhecimento. Segundo a norma AMS 5698G, o fio da superliga X-750 a ser utilizado na fabricação de molas helicoidais deve ser submetido a um tratamento térmico de solubilização e em seguida deve ser reduzido a frio de aproximadamente 15% de sua área. Após a redução, a mola é conformada e submetida a um tratamento de precipitação e resfriada ao ar. No entanto, não se encontra na literatura cientifica dados suficientes para caracterizar as propriedades mecânicas, particularmente os níveis de resistência, em função dos mecanismos de endurecimento atuantes. O presente trabalho teve como objetivo estudar diferentes rotas de processamento para se obter fios da liga X-750 de forma a maximizar as propriedades para a aplicação na fabricação de molas helicoidais em função do grau de deformação do último passe de trefilação. As diferentes etapas de processamento foram caracterizadas por microscopia ótica e eletrônica de varredura e as propriedades mecânicas por ensaio de dureza Vickers e tração uniaxial. Observou-se, como esperado, que o ganho de resistência devido à deformação foi proporcional ao grau de deformação aplicado. Por outro lado, entretanto, o ganho de resistência devido ao tratamento térmico de envelhecimento é reduzida com o aumento do grau de deformação, ocasionando em uma tensão limite de escoamento cada vez mais dependente do grau de encruamento e, dessa forma, em prejuízo de tenacidade.

Translated abstract

The nickel base superalloy X-750 is a nickel-chromium-titanium-aluminum alloy that is suitable for high temperature applications and corrosive environments. Among others applications, it can be used in helical springs manufacturing acting as a structural component in nuclear reactors. The titanium presence at levels of about 2.5wt% gives the alloy high strength by precipitation of the coherent phase γ'. According to the standard AMS 5698G, the wire of X-750 alloy to be used in helical springs manufacturing must be subjected to a solution heat treatment and then be cold reduced by approximately 15% of its area. After the reduction, the spring is shaped as well as precipitation heat treated and air cooling. However, there is not enough data in the scientific literature to characterize the mechanical properties, particularly resistance levels as a function of these hardening mechanisms. This paper aimed to study different processing routes to obtain wires of X-750 alloy in order to maximize the properties for helical springs applications according to the last pass drawing deformation degree. The different processing steps were characterized by optical microscopy and scanning electron microscopy and mechanical properties by Vickers hardness and tensile. As expected, the resistance gain due to deformation was proportional to the deformation degree applied. On the other hand, however, the aging heat treatment contribution is reduced with the deformation degree increasing, resulting in a yield stress increasingly dependent on the hardening degree.