Ligas de cromo-cobalto na indústria aeroespacial

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A grande maioria das ligas de cobalto disponíveis comercialmente são fundidas a ar ou argônio, uma vez que são desprovidas dos elementos altamente reativos alumínio e titânio, cuja presença requer técnicas de fusão a vácuo mais sofisticadas e caras. As adições de silício e manganês são usadas para melhorar a fusibilidade em termos de fluidez da liga, prática de desoxidação de fusão e controle de enxofre. A fusão a vácuo é necessária para controlar os níveis de liga relativamente baixos dos fortes elementos reativos formadores de monocarbonetos zircônio, háfnio e titânio em ligas contemporâneas como MM-509. Melhorias nas propriedades de tração e ruptura de ligas mais convencionais como X-40 também resultaram da fusão a vácuo devido a níveis intersticiais mais baixos e material “mais limpo”.

As ligas fundidas ao ar, por exemplo, normalmente exibem 400 ppm de oxigênio e 700 ppm de nitrogênio, enquanto as ligas fundidas a vácuo contêm menos de 100 ppm desses elementos. Mais recentemente, a refusão por eletroescória (ESR) foi investigada e comparada à refusão a arco a vácuo (VAR). Uma ligeira melhoria nas propriedades de ruptura, especialmente em altas tensões, foi encontrada para ESR MM-302, MM509 e X-45 em comparação com VAR. Não foram observadas alterações significativas na microestrutura da liga ou inclusões não metálicas, embora a análise química tenha mostrado uma pequena diminuição nos níveis de enxofre e fósforo para o material ESR.

O alumínio foi adicionado às ligas de cobalto forjadas e fundidas, representadas pela liga de chapa S-57 e liga de fundição AR-213, respectivamente. Adições de 5 wt. % de alumínio em cada um desses sistemas são altamente benéficos para a oxidação e resistência à corrosão a quente.

As ligas de cromo-cobalto são resistentes à oxidação e à corrosão.

Revestimentos de cobalto-cromo-alumínio-ítrio tipificam as ligas em uso comercial como ligas resistentes à corrosão que também são aplicadas na indústria aeroespacial para revestimentos de componentes de motores de turbina. Eles são reforçados por um precipitado uniforme não coerente de CoAl que gera propriedades semelhantes às ligas reforçadas com carboneto. O CoAl tende a crescer acima de aproximadamente 1400°F (760°C); no entanto, adições de elementos refratários de tungstênio à liga AR215 e tântalo a S-57 estabilizam o precipitado a uma temperatura de uso mais alta.

Adições de titânio têm sido utilizadas em ligas forjadas CM-7 e Jetalloy 1650 para gerar um precipitado coerente e uniforme de FCC ordenado (Co,Ni)3Ti análogo a y’ em ligas de níquel. Altas resistências à tração são alcançadas até o limite de estabilidade de temperatura desta fase, ou seja, cerca de 1300 °F (704 °C). No entanto, os níveis de titânio acima de cerca de 5% em peso. % produzem instabilidades de fase que geram as fases HCP-Co3Ti ou C0ZTi-Laves.

A incorporação de nitrogênio em algumas ligas fundidas ao ar, seja como uma adição intencional ou inadvertida, também tem um efeito de fortalecimento positivo, embora menos potente, semelhante ao carbono através da formação de nitretos e carbonitretos. Em geral, estes são termodinamicamente menos estáveis ​​que os carbonetos e sofrem reações de degeneração durante o serviço.

O boro é adicionado às ligas de cobalto fundidas para aumentar a resistência à ruptura e a ductilidade: no entanto, sua função precisa na microestrutura é geralmente obscurecida pelos carbonetos. Em ligas de níquel, o boro precipita nos contornos de grão como um boreto rico em molibdênio; um boreto semelhante não foi identificado em ligas de cobalto. Níveis de boro de tipicamente 0,015% em peso. % são usados; no entanto, adições de até 0,1% em peso. % foram empregados para fornecer reforço adicional.

Melhorias significativas na resistência à oxidação de ligas de cobalto foram alcançadas nas últimas duas décadas através da adição dos elementos de terras raras ítrio e lantânio em ligas como FSX-418 fundido e HS-188 forjado, respectivamente. Surpreendentemente, adições de apenas 0,08-0,15% em peso. % promovem a adesão de incrustações de óxido e cinética de oxidação reduzida, especialmente sob condições de ciclo térmico, e são particularmente eficazes na estabilização do óxido de Cr203 e na minimização da formação de espinélio CoCr204 e COO.

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Source by John Routledge

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