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Title in Portuguese: Revestimentos de liga de níquel depositados pelo processo TIG com alimentação de arame frio: aspectos operacionais e metalúrgicos
Title: Nickel based alloys weld overlay deposited by gtaw cold wire feed: operational and metallurgical aspects
Author: Silva, Cleiton Carvalho
Advisor(s): Farias, Jesualdo Pereira
Co-advisor(s): Miranda, Hélio Cordeiro de
Keywords: Ciência dos materiais
Soldagem
Ligas (Metalurgia)
Microestruturas
Corrosão
Issue Date: 9-Apr-2010
Citation: SILVA, C. C. Revestimentos de liga de níquel depositados pelo processo TIG com alimentação de arame frio: aspectos operacionais e metalúrgicos. 2010. 326 f. Tese (Doutorado em Ciência de Materiais)–Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.
Abstract in Portuguese: A soldagem de revestimento com ligas à base de níquel constitui uma interessante opção para a construção e o reparo de equipamentos para aplicações em ambiente de corrosão severa, permitindo alcançar as características desejadas (resistência à corrosão) com uma significativa redução de custos. Neste contexto, alguns estudos indicam que o processo de soldagem TIG com alimentação de arame pode ser uma boa opção, desde que os parâmetros de soldagem sejam corretamente ajustados. O objetivo do presente trabalho foi avaliar e otimizar os principais parâmetros de soldagem, bem como avaliar o comportamento metalúrgico de revestimentos de ligas de níquel depositados pelo processo TIG com alimentação de arame frio sobre chapas de aço C-Mn. Três ligas à base de níquel foram avaliadas no presente estudo: AWS ER Ni-Cr-Mo 3; AWS ER Ni-Cr-Mo 4 e AWS ER Ni-Cr-Mo 14. As soldagens foram realizadas numa primeira análise em simples deposição e, posteriormente, na formação de camadas de revestimento, variando diversos parâmetros operacionais. A caracterização microestrutural consistiu de análises de microscopia ótica, microscopia eletrônica de varredura (MEV) e de transmissão (MET), espectroscopia de raio-X dispersivo em energia (EDS), difração de elétrons retroespalhados (EBSD) e difração de raios-X (DRX). Ensaios de polarização eletroquímica e desgaste com roda de borracha foram realizados para avaliar a resistência à corrosão e ao desgaste, respectivamente. Os resultados mostraram que o processo TIG com alimentação automática de arame frio demonstrou ser uma opção interessante para a soldagem de revestimentos de ligas de níquel, podendo depositar em apenas uma camada, revestimentos que alcançam níveis de diluição inferiores ou muito próximos de 5%, característica favorável para garantir boas propriedades aos revestimentos. A microestrutura dos revestimentos depositados com a liga AWS ER Ni-Cr-Mo 3 foi constituída por uma matriz γ com fases secundárias ricas em Nb (fase Laves e carboneto/nitreto de Ti e Nb). Estruturas complexas constituídas por um núcleo de nitreto de titânio-nióbio (TiNbN) e uma casca de carboneto de nióbio (NbC) ou nióbio-titânio (NbTiC) foram observadas. A microestrutura dos revestimentos depositados com as ligas AWS ER Ni-Cr-Mo 4 e AWS ER Ni-Cr-Mo 14 foi constituída por uma matriz γ e fases secundárias ricas em Mo (fases σ, P e μ). Foi identificado um empobrecimento de Mo ao redor dos precipitados ricos em Mo, tornando esta região susceptível à corrosão. O ensaio de polarização eletroquímica não se mostrou capaz de avaliar o comportamento dos revestimentos quanto à corrosão por pites. O baixo nível de dureza da matriz associada com uma pequena fração volumétrica e dimensão dos precipitados resultou numa baixa resistência ao desgaste abrasivo.
Abstract: The weld overlay with nickel-based alloys is an interesting alternative for the construction and repair of equipments for applications in severe corrosive medium, allowing reach the desirable characteristics (corrosion resistance) with a significant reduction of cost. In this context, the GTAW cold wire feed process can be a good option for overlay deposition, since the welding parameters are correctly adjusted. The main objective of the present work was to evaluate and to optimize the operational and metallurgical characteristics of nickel-based alloys weld overlays deposited by the GTAW cold wire feed on C-Mn steel plates. The nickelbased alloys AWS ER Ni-Cr-Mo 3; AWS ER Ni-Cr-Mo 4 and AWS ER Ni-Cr-Mo 14 were studied in the this work. The welds were performed initially in single weld bead and later in multipass to produce the coating, changing several operational parameters. The microstructure was investigated using light microscopy, scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive of X-ray spectroscopy (EDS), electron backscattering diffraction (EBSD) and X-ray diffraction (XRD). Potentiodynamics polarization analysis and wheel rubber wear test were used to evaluate the corrosion and abrasive wear resistance, respectively. The results showed that the GTAW cold wire feed process demonstrated to be an interesting option for the weld overlay with nickel-base alloys, could deposit in just one layer, coatings with dilution levels inferior or very close to 5%, important characteristics to assure a good performance of the coatings. The microstructure of the coatings deposited with AWS ER NiCrMo-3 alloy was constituted by the γ-matrix and secondary phases Nb-rich (Laves phase and Nb-Ti carbide/nitrides). It was observed that the precipitates with cuboidal and cruciform morphologies are formed by a complex structure constituted by titanium-niobium nitride (TiNbN) as nucleus and niobium carbide (NbC) or niobium-titanium (NbTiC) carbide as shell. The microstructure of the coatings deposited with the AWS ER NiCrMo-4 and AWS ER NiCrMo-13 alloys were constituted by the γ-matrix and secondary phases Mo-rich (σ, P and μ phases). It was identified a Mo depletion around the precipitates rich in Mo, causing a drop in the corrosion resistance. The potentiodynamic polarization was not shown capable to evaluate the behavior of the coatings for the pitting corrosion. The low level of hardness of the matrix associated with a small volumetric fraction of secondary phases (hard precipitates) resulted in a low abrasive wear resistance.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/15941
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