BRPI0922060B1

BRPI0922060B1 - Liga à base de níquel endurecível por precipitação, pó desta liga, componente sólido compreendendo este pó e o uso da dita liga

Info

Publication number: BRPI0922060B1
Application number: BRPI0922060-7A
Authority: BR
Inventors: Helander Thomas; Lundberg Mats; Jönsson Bo
Original assignee: Sandvik Intellectual Property Ab
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2022-04-19
Also published as: AU2009318183A1; CA2743129A1; EP2367963B1; CN102216479B; AU2009318183B2; RU2011124959A; US20110250463A1; CN102216479A; KR20110084535A; ES2593077T3; UA100460C2; PL2367963T3; BRPI0922060A2; WO2010059105A1; EP2367963A1; JP5596697B2; US20150275334A1; BRPI0922060A8; KR101646296B1; RU2518812C2

Abstract

liga à base de níquel endurecível por precipitação, pó desta liga, componente sólido compreendendo este pó e o uso da dita liga. a presente invenção está correlacionada a uma liga à base de níquel, para uso em altas temperaturas, em que a liga compreende em % em peso: - c: 0,05-0,2; - si: máximo de 1,5; - mn: máximo de 0,5; - cr: 15-20; - al: 4-6; - fe: 15-25; - co: máximo de 10; - n: 0,03-0,15; - o: máximo de 0,5; - um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de ta, zr, hf, ti e nb: 0,25-2,2; - um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de metais de terra rara (rem): máximo de 0,5; - balanço de ni e impurezas de ocorrência normal.

Description

A presente invenção se refere a uma liga à base de níquel, idealizada para uso em altas temperaturas, como, por exemplo, acima de 900°C. Especificamente, a presente invenção se refere a uma liga à base de níquel endurecível por precipitação, tendo como outro componente alumínio, o que possibilita a formação de um óxido de alumínio estável sobre a superfície, desse modo, proporcionando à liga, uma satisfatória resistência à oxidação. Além disso, a presente invenção está correlacionada a um pó da dita liga à base de níquel e ao uso da referida liga.

Antecedentes da Técnica

As ligas à base de níquel ligadas com alumínio são usadas em uma variedade de aplicações de alta temperatura, como, por exemplo, em fornos de tratamento térmico, uma vez que formam uma proteção de óxido de alumínio estável sobre a superfície. O óxido de alumínio, normalmente, apresenta uma adesão bastante satisfatória e não tende rachar ou cair fora da superfície. Além disso, o óxido de alumínio apresenta uma baixa velocidade de crescimento sob altas temperaturas. Portanto, esse tipo de liga, normalmente, apresenta uma satisfatória resistência à oxidação.

As ligas à base de níquel formadoras de óxido de alumínio são conhecidas pela dificuldade de fabricação, especialmente, quando processadas a quente. Um fator que contribui acentuadamente para isso é a fase intermetálica Y’ (NiβAl), a qual é formada em temperaturas abaixo de aproximadamente 900°C, durante lento resfriamento e/ou aquecimento, como, por exemplo, durante tratamentos térmicos ou durante processamento a quente. Essa fase intermetálica torna a liga dura e frágil, consequentemente, difícil de processar. A precipitação de y’ também reduz a atividade do alumínio na liga, desse modo, tornando a formação do óxido de alumínio protetor mais difícil.

Um exemplo de uma liga à base de níquel formadora de óxido de alumínio é divulgado no documento de patente US 4.882.125. A liga compreende 27-35% de Cr, 2,55% de Al e 2,5-6% de Fe. É divulgado que altos teores de alumínio reduzem a tenacidade do material e que o teor de Al deve ser pelo menos 2,75%, a fim de gerar uma satisfatória proteção contra oxidação, mas, preferivelmente, não exceder a 4%, a fim de não deteriorar a ductilidade. A Patente ensina ainda que altos teores de Fe deterioram as propriedades de oxidação, por cuja razão o teor de fero não deve exceder a 6%.

Outro exemplo de uma liga à base de níquel formadora de óxido de alumínio é divulgado no documento de patente US 4.460.542. A liga compreende 14-18% de Cr, 4-6% de Al e 1,5-8% de Fe. Essa Patente ensina que adições de 46% de Al proporcionam superiores as propriedades de oxidação, se comparado com as liga à base de níquel que formam óxido de cromo sobre a superfície. Também, nessa Patente, é divulgado que o Fe apresenta um efeito negativo sobre as propriedades de oxidação, por cuja razão o teor de ferro deve ser no máximo de 8%.

O documento de patente WO 2004/067788 A1 divulga ainda outro exemplo de uma liga à base de níquel formadora de óxido de alumínio. Nesse caso, a liga compreende 15-40% de Cr, 1,5-7% de Al e 0,5-13% de Fe. Melhores resultados são obtidos quando a liga compreende um máximo de 26,5% de Cr, máximo de 11% de Fe e 3-6% de Al.

O documento de patente WO 00/34541 A1 divulga uma liga à base de níquel compreendendo 19-23% de Cr, 3-4,4% de Al e 18-22% de Fe.

A liga é idealizada para uso em altas temperaturas. O documento de patente WO 00/34541 A1 divulga que a combinação de 19-23% de Cr e 3-4% de Al é crítica para a formação de escamas protetoras de Al2O3-Cr2O3. A liga à base de níquel é endurecida pela precipitação de 1 a 5% em mol de Cr7C3 granulado, que é obtido mediante tratamento térmico por 24 horas. A liga é produzida mediante fusão, por exemplo, mediante fusão a vácuo, fundição e processamento em formatos de construção padrões, tais como, varas, barras, etc. Essa liga mostra satisfatória resistência à oxidação até uma temperatura de 1000°C.

Também, jê é conhecido ligas formadoras de óxido de alumínio à base de ferro. Entretanto, esse tipo de liga, normalmente, apresenta baixa resistência mecânica sob altas temperaturas. Portanto, pequenas partículas são normalmente adicionadas para aumentar a resistência ao escoamento do material. Isso é descrito, por exemplo, na publicação “Metals Handbook”, 10a. edição, volume 2, página 943. Outro problema que esse tipo de liga apresenta é que a sua ductilidade à temperatura ambiente é, normalmente, muito baixa, o que torna a soldagem mais difícil. A fim de obter uma confiável solda em um material ferrítico, normalmente, é exigido um preaquecimento do material a ser soldado a uma temperatura de pelo menos 200°C. Em muitos casos, um recozimento para alívio de tensão à temperatura de 750850°C é também exigido após a soldagem.

Resumo da Invenção

O objetivo da presente invenção é obter uma liga com excelente resistência à oxidação, sob altas temperaturas, especificamente, de cerca de 900°C a pelo menos cerca de 1250°C, e que ainda tenha uma satisfatória usinabilidade a quente e, ainda, uma satisfatória resistência ao escoamento.

O objetivo mencionado é alcançado por meio de uma liga à base de níquel endurecível por precipitação, compreendendo em percentual em peso: - C: 0,05-0,2; - Si: máximo de 1,5; - Mn: máximo de 0,5; - Cr: 15-20; - Al: 4-6; - Fe: 15-25; - Co: máximo de 10; - N: 0,03-0,15; - O: máximo de 0,5; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em Ta, Zr, Hf, Ti e Nb, em que a quantidade total desse grupo é 0,25-2,2; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em metais de terra rara (REM), em que a quantidade total desse grupo é no máximo de 0,5; - saldo de Ni e impurezas de ocorrência normal.

A liga à base de níquel de acordo com a presente invenção é austenítica e apresenta uma satisfatória resistência à oxidação, especialmente sob altas temperaturas, como, por exemplo, acima de 900°C. A resistência à oxidação é alta mesmo em temperaturas de cerca de 1100°C. Uma vez que a presente liga forma um óxido de alumínio estável sobre a superfície, a mesma pode ser usada ainda em temperaturas acima daquelas onde os materiais formadores de óxido de cromo sofrem de intensa oxidação, isto é, acima de aproximadamente 1150°C.

Foi descoberto que através da adição de teores relativamente altos de Fe a uma liga à base de níquel formadora de óxido de alumínio, é possível e reduzir a estabilidade da fase intermetálica y’, que, por sua vez, torna a liga mais fácil de fabricar e processar. Uma estabilidade reduzida de y’ proporciona uma formação mais lenta de tais precipitações em uma determinada velocidade de resfriamento, o que facilita o processamento a quente da liga. Isso também leva a um risco reduzido da redução de atividade do Al, que, por sua vez, garante que um óxido de alumínio estável e resistente à oxidação possa ser formado na superfície da liga.

A liga à base de níquel de acordo com a invenção é mais dúctil à temperatura ambiente do que as conhecidas ligas ferríticas formadoras de óxido de alumínio. Portanto, o preaquecimento ou manutenção da liga aquecida antes da soldagem é desnecessário e o subseqüente recozimento para alívio de tensão pode ser evitado. A liga à base de níquel de acordo com a invenção, conseqüentemente, possibilita um facilitado procedimento de soldagem, se comparado com as ligas ferríticas formadoras de óxido de alumínio.

A liga à base de níquel de acordo com a invenção é endurecível por precipitação. Isso á alcançado através da adição de um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de Ta, Zr, Hf, Ti e Nb. Esses elementos formam uma partículas endurecíveis por precipitação com C e/ou N e, opcionalmente, oxigênio adicionado. A dispersão contribui para a resistência mecânica e proporciona à liga excelente resistência ao escoamento, mesmo em altas temperaturas, sem prejudicar a usinabilidade a quente da liga.

A liga à base de níquel é produzida por meio de um processo de metalurgia do pó. O processo metalúrgico de fabricação do pó resulta em um material rapidamente solidificado, em que a fase frágil não tem tempo de se formar e não se desenvolvem grandes variações de composição por segregação. Uma mistura de pó rapidamente solidificada, portanto, irá proporcionar um corpo de material com uma composição essencialmente homogênea e uma distribuição essencialmente uniforme de partículas bastante pequenas de dispersão.

Um pó produzido a partir de uma liga à base de níquel irá compreender partículas endurecidas por precipitação, conforme descrito acima, que irá proporcionar um produto produzido de pó de excelentes propriedades mecânicas, especialmente, sob altas temperaturas. Além disso, um pó de liga à base de níquel possibilita, além da fabricação de formas tradicionais, tais como, tubos, varas, arame, placas e tiras, também, a fabricação de componentes sólidos com geometria complexa. Além disso, materiais de compostos em que a liga à base de níquel é incorporada podem ser facilmente fabricados, se desejado, por exemplo, a fim de produzir um produto final com um primeiro componente de carga de apoio e um segundo componente resistente à corrosão.

A liga à base de níquel de acordo com a invenção é especialmente adequada para uso em altas temperaturas, tais como, acima de 900°C e até pelo menos 1250°C, especialmente, em aplicações em que a carga mecânica sobre o material pode se tornar alta. Além disso, a liga de acordo com a invenção é adequada para uso em ambientes com altas exigências de satisfatória resistência à oxidação. Exemplos de adequadas aplicações incluem materiais de construção para fornos de tratamento térmico, em laminadores para fornos de soleira de laminação, em tubos de mufla para recozimento em atmosfera protetora, em material de construção para elementos de aquecimento, em material de câmara de combustão de turbinas a gás, em trocadores de calor do tipo gás-gás, por exemplo, na indústria de fabricação de vidro ou de turbinas a gás, em correias transportadoras tecidas de arame idealizadas para fornos de tratamento térmico, em tubos de radiação para aquecimento de fornos de tratamento térmico, ou em tubos de proteção para termopares.

Breve Descrição dos Desenhos

A figura 1a mostra o resultado de uma simulação do efeito do teor de Ni sobre a estabilidade de fase em diferentes temperaturas.

A figura 1b mostra a influência de teores variáveis de Al e Fe sobre a estabilidade mínima de y’•

A figura 1c mostra a influência de teores variáveis de Al e Cr sobre a estabilidade mínima de y’•

A figura 2 mostra o resultado de uma simulação do efeito do teor de Fe sobre a estabilidade de aluminetos de níquel•

A figura 3 mostra o resultado de uma simulação do efeito do teor de Al sobre a estabilidade de aluminetos de níquel•

A figura 4 mostra o resultado de uma simulação do efeito do teor de Co sobre a estabilidade de aluminetos de níquel•

A figura 5 mostra o resultado de testes de tração de exemplos de ligas de acordo com a invenção^

A figura 6 mostra a resistência à deformação de seis diferentes corridas de processamentos, de acordo com a invenção, à temperatura ambiente, à temperatura de 500° e à temperatura de 600°•

A figura 7 mostra a resistência à tração de seis diferentes corridas de processamentos de acordo com a invenção, à temperatura ambiente, à temperatura de 500° e à temperatura de 600°•

A figura 8 mostra o alongamento à fratura de seis diferentes corridas de processamentos de acordo com a invenção, à temperatura ambiente, à temperatura de 500° e à temperatura de 600°•

A figura 9 mostra o resultado de testes de oxidação ao ar, à temperatura de 1000°C, de oito diferentes corridas de processamentos de acordo com a invenção, e dois materiais comparativos.

A figura 10 mostra o resultado de testes de oxidação ao ar, à temperatura de 1100°C, de oito diferentes corridas de processamentos de acordo com a invenção, e dois materiais comparativos.

A figura 11 mostra uma fotografia da microestrutura da corrida de processamento (A) tomada em SEM.

A figura 12a mostra a distribuição de tamanho de precipitados de carbonitretos na corrida de processamento (A).

A figura 12b mostra a distribuição de tamanho de precipitados nas corridas de processamento (A-D).

A figura 13 mostra o resultado de testes de escoamento das composições que não são endurecíveis por precipitação.

A figura 14 mostra o resultado de testes de oxidação ao ar, à temperatura de 1100°C, de quatro composições que não são endurecíveis por precipitação. Descrição Detalhada da Invenção

Conforme mencionado acima, as ligas à base de níquel ligadas com alumínio são geralmente consideradas de difícil processamento a quente. Um fator importante é que existe apenas um intervalo limitado de temperatura entre a fusão da liga e a precipitação de fases intermetálicas indesejadas, tais como, aluminetos de níquel. Os elementos formadores de liga Al e Cr são benéficos para resistência à oxidação, porém, tornam a liga à base de níquel difícil de processar, uma vez que aumenta a estabilidade dos aluminetos de níquel e, portanto, reduz o intervalo de temperatura para processamento a quente da liga. A usinabilidade a quente da liga é um fator bastante importante para possibilitar que produtos da mesma possam ser fácil e economicamente produzidos. Foi descoberto que a liga de acordo com a presente invenção apresenta um intervalo aumentado de temperatura para processamento a quente, em função de sua composição, o que proporciona à liga uma satisfatória usinabilidade a quente.

A presente invenção é baseada na descoberta de que uma adição relativamente alta de Fe a uma liga à base de níquel com 4-6% de Al e alto teor de Cr reduz a estabilidade da fase intermetálica Y’ • Precipitações da fase Y’ melhoram a resistência ao escoamento a baixas temperaturas, mas, torna a produção mais difícil, uma vez que a liga se torna dura e frágil com teores demasiadamente altos de Y’ • Além disso, a fase Y’ reduz a atividade de Al na liga, o que torna a formação do óxido de alumínio protetor na superfície mais difícil. Para uma liga idealizada para uso em altas temperaturas, como, por exemplo, acima de 900°C, é importante, conseqüentemente, reduzir o teor da fase y’, que é obtida de acordo com a composição da liga da presente invenção.

Além disso, as precipitações da fase y’ em ligas à base de níquel formadoras de óxido de alumínio anteriormente conhecidas não são estáveis acima de temperaturas de cerca de 1000°, pelo que sua influência na resistência ao escoamento é interrompida durante o uso dessas ligas acima dessa temperatura. A liga de acordo com a presente invenção compreende um teor mínimo de fase y’ e ainda é principalmente idealizada para uso em altas temperaturas, onde, conseqüentemente, existe o risco de dissolução da fase y’. A fim de manter a resistência ao escoamento, a liga, portanto, é endurecível por precipitação. Isso é alcançado, principalmente, pelos teores selecionados de carbono e nitrogênio, e ainda possivelmente de oxigênio, em combinação com os teores selecionados de Ta, Zr, Hf, Ti e Nb. É possível se produzir a liga por meio de um processo convencional de produção por fusão, mas, nesse caso, o endurecimento por precipitação será insuficiente de ser obtido. Portanto, a liga é produzida mediante processo de metalurgia do pó. Os componentes sólidos, após isso, podem ser fabricados a partir do pó produzido por compactação, em conformidade com técnicas anteriormente conhecidas, tais como, prensagem isostática a quente (HIP) ou pressão isostática a frio (CIP). Se necessário, o componente sólido fabricado pode, após isso, ser ainda processado, por exemplo, mediante laminação, extrusão ou estiramento, a fim de obter a desejada forma de produto. Também, é possível se produzir geometrias complexas diretamente a partir do pó por meio de sinterização.

A composição da presente liga e o fato de que a mesma é endurecível por precipitação, resultou em uma liga à base de níquel que apresenta uma excelente resistência à oxidação, mesmo em temperaturas elevadas, como, por exemplo, pelo menos 1100°C, sendo relativamente de fácil processamento a quente e tendo satisfatória resistência ao escoamento.

De acordo com uma modalidade preferida da liga à base de níquel endurecível por precipitação conforme a invenção, as partículas dispersas apresentam um diâmetro médio de menos de 1 μm, preferivelmente, menos de 500 nm. Melhores resultados são obtidos quando as partículas dispersas apresentam um diâmetro médio de 50-200 nm.

De acordo ainda com uma modalidade preferida da liga à base de níquel endurecível por precipitação conforme a invenção, mais de 85% das partículas dispersas devem ser de diâmetro igual a 300 nm ou de valor inferior a isso.

O efeito dos diversos elementos sobre as propriedades da liga será discutido a seguir, em que todos os teores indicados são expressos em percentual em peso. Carbono

O carbono na forma livre irá tomar localizações intersticiais na estrutura cristalina e, desse modo, bloquear a mobilidade de discordâncias em temperaturas de até cerca de 400-500°C. O carbono também forma carbetos com outros elementos da liga, tais como, Ta, Ti, Hf, Zr e Nb. Em uma microestrutura de carbetos finamente dispersos, esses carbetos proporcionam obstáculos para o movimento de discordância e causam efeito mesmo em temperaturas mais elevadas. O carbono é um elemento essencial para melhorar a resistência ao escoamento da liga, uma vez que a mobilidade de discordância é o mecanismo que gera o alongamento por escoamento. Entretanto, teores muito altos de carbono fazem com que a liga tenha um difícil processamento a frio, devido à ductilidade deteriorada em temperaturas mais baixas, como, por exemplo, abaixo de 300°C. Assim, a liga compreende 0,05-0,2% de carbono.

Silício

O silício pode estar presente na liga com teores de até 1,5%. O silício com teores excessivamente elevados nas ligas à base de níquel pode levar ao aumento de risco de precipitações de silicietos de níquel, que ocasiona o efeito do material se tornar frágil nesse tipo de liga. Resultados de testes de escoamento de ligas similares mostraram que o tempo de vida de escoamento, isto é, o tempo para fratura por escoamento, é reduzido com teores de silício próximo de 1,5%. Entretanto, a razão para isso não é conhecida. Devido a isso, o teor de Si deve, preferivelmente, ser no máximo de 1%. De acordo com uma modalidade preferida, a liga compreende somente teores de impureza de silício, isto é, até 0,3%.

Manganês

O manganês está presente na liga como uma impureza. É provável que até 0,5% possa ser permitido sem influenciar negativamente as propriedades da liga, pelo que, então, a liga compreende um máximo de 0,5% de manganês. De acordo com uma modalidade preferida, a liga compreende somente teores de impureza de Mn, isto é, até 0,2%.

Cromo

O cromo é um elemento que por um longo período de tempo tem sido o elemento principal quando se precisa criar uma escama de óxido densa e protetora. Uma quantidade inferior a 15% de Cr em uma estrutura austenítica tende a proporcionar um óxido que não cobre inteiramente a superfície e que não é denso, conseqüentemente, proporcionando uma insuficiente resistência à oxidação para a liga. Também, existe o risco de que o material mais próximo do óxido seja exaurido de Cr, de modo que possíveis danos ao óxido possam não ser recuperados, uma vez que não existe Cr suficiente para formação de novo óxido.

Uma liga à base de níquel compreendendo 4% de Al deve, entretanto, não compreender mais de cerca de 20% de Cr, na medida em que teores mais elevados aumentam o risco de formação das fases y’ e β- Isso será mostrado, por exemplo, a seguir, com referência à figura 1c, calculado para uma liga compreendendo cerca de 19% de Fe.

Portanto, a fim de minimizar a presença das fases y’ e β, a liga compreende um máximo de 20% de Cr. Também, pode ocorrer o risco de formação de outras fases indesejadas, tais como, ferrita rica em fase a e cromo, com teores demasiadamente altos de Cr. Além disso, o Cr pode também em altas temperaturas estabilizar os aluminetos de níquel.

Portanto, a liga compreende 15-20% de Cr, preferivelmente, 17-20% de Cr. Melhores resultados são alcançados quando a liga compreende 17-19% de Cr.

Alumínio

O alumínio é um elemento que gera uma escama de óxido mais densa e protetora se comparado ao cromo. Entretanto, o alumínio não pode substituir o Cr, uma vez que a formação do óxido de alumínio é mais lenta que a do óxido de cromo em temperaturas mais baixas. A liga compreende pelo menos 4% de Al, preferivelmente, mais de 4% de Al, o que garante uma suficiente resistência à oxidação em elevadas temperaturas e que o óxido cobre a superfície inteiramente. O teor relativamente alto de Al proporciona excelente resistência à oxidação, mesmo em temperaturas de cerca de 1100°C. Com teores de Al acima de 6%, existe o risco da formação de fases intermetálicas em uma matriz à base de níquel, pelo que a ductilidade do material é consideravelmente deteriorada (isso será também discutido abaixo com referência à figura 3). Portanto, a liga deve compreender 4-6% de Al, preferivelmente, >4-5,5%, mais preferivelmente, >4-5,2% de Al.

Ferro

Foi demonstrado em conformidade com a presente invenção que teores relativamente altos de Fe em uma liga à base de níquel formadora de óxido de alumínio pode proporcionar efeitos positivos. As adições de Fe geram uma estrutura metálica que é energeticamente desfavorável para a formação da fase frágil y’, que, por sua vez, reduz consideravelmente o risco da liga se tornar dura e frágil. Conseqüentemente, a usinabilidade é aperfeiçoada. Portanto, a liga compreende pelo menos 15% de Fe. Entretanto, altos teores de Fe podem ocasionar a formação de fases indesejadas. Desse modo, a liga não deve compreender mais de 25% de Fe.

Além disso, com teores de Fe de aproximadamente 21-22%, ocorre o risco da formação de uma fase β (NiAl), que, em alguns casos, pode aumentar a propriedade da mesma se tornar frágil. Isso, por exemplo, é mostrado abaixo com referência à figura 1b e figura 2.

Preferivelmente, a liga deve compreender 16-21,5% de Fe. De acordo com uma modalidade preferida, a liga compreende 17-21% de Fe.

Níquel

A liga de acordo com a invenção é uma liga à base de níquel. O níquel é um elemento que estabiliza uma estrutura austenítica nas ligas e, desse modo, contrabalança a formação de algumas fases intermetálicas frágeis, como, por exemplo, a fase a. A estrutura austenítica da liga é benéfica, por exemplo, quando a mesma é usada em soldagem. A estrutura austenítica também contribui para uma satisfatória resistência ao escoamento da liga em altas temperaturas. Isso pode ser um resultado de que a velocidade de difusão é menor em uma estrutura austenítica do que em uma estrutura ferrítica.

De acordo com uma modalidade, a liga compreende 52-62% de Ni, preferivelmente, 52-60% de Ni.

Cobalto

Em algumas ligas comerciais, uma parte do níquel é substituída por cobalto, a fim de aumentar a resistência mecânica da liga, o que pode ser feito na liga de acordo com a invenção. Uma parte do Ni da liga pode ser substituída por uma igual quantidade de Co. Isso aumenta a estabilidade do alumineto de BCC, NiAl, que depois cresce às custas da fase Y’, o que pode ser vantajoso em determinadas faixas de temperatura. Essa adição de Co, entretanto, deve ser balanceada contra as propriedades de oxidação, uma vez que a presença de NiAl irá reduzir a atividade do Al e, desse modo, deteriorar a capacidade de formar óxido de alumínio. A adição de Co irá também afetar o ponto de fusão da liga. Assim, por exemplo, uma adição de 10% de Co irá proporcionar uma liga com precipitações de NiAl, que são estáveis até a temperatura de 950°C, mas inferior ao ponto de fusão de aproximadamente 20°C. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o níquel, portanto, é parcialmente substituído por cobalto. Entretanto, o teor de cobalto não deve exceder a 10%. Nitrogênio

Do mesmo modo que o carbono, o nitrogênio livre toma localizações intersticiais na estrutura cristalina e, desse modo, bloqueia a mobilidade de discordância em temperaturas de até aproximadamente 400-500°C. O nitrogênio também forma nitretos e/ou carbonitretos com outros elementos da liga, tais como, Ta, Ti, Hf, Zr e Nb. Numa microestrutura em que essas partículas são finamente dispersas, elas podem conferir obstáculos para a mobilidade de discordância, especialmente, em temperaturas mais elevadas. Portanto, o nitrogênio é adicionado a fim de melhorar a resistência ao escoamento da liga. Entretanto, quando da adição de nitrogênio a ligas de alumínio, o risco de formação de nitretos de alumínio secundários é alto e, portanto, a presente liga à base de níquel apresenta um teor de nitrogênio bastante limitado. A liga compreende 0,03-0,15% de N, preferivelmente, 0,05-0,15% de N, mais preferivelmente, 0,05-0,10% de N. Oxigênio

O oxigênio pode estar presente na liga da invenção, tanto na forma de impureza como na forma de uma adição ativa de até 0,5%. O oxigênio pode contribuir para aumentar a resistência ao escoamento da liga, formando pequenas dispersões de óxido, juntamente com Zr, Hf, Ta e Ti, que quando são finamente distribuídos na liga, melhoram sua resistência ao escoamento. Essas dispersões de óxido apresentam uma temperatura de dissolução mais alta que a de correspondentes carbetos e nitretos, pelo que o oxigênio é uma adição preferida para uso em altas temperaturas. O oxigênio pode também formar dispersões com o Al, com os elementos do Grupo 3 da Tabela Periódica, Sc, Y e La, assim como, com os quatorze lantanídeos e da mesma maneira que os elementos mencionados acima, contribuir para uma maior resistência ao escoamento da liga. De acordo com uma modalidade preferida, a liga compreende 200-2000 ppm de oxigênio, preferivelmente, 400-1000 ppm de oxigênio. Tântalo, Háfnio, Zircônio, Titânio e Nióbio

Os elementos do grupo que consiste de Ta, Hf e Zr formam partículas bastante pequenas e estáveis com carbono e nitrogênio. São essas partículas que se forem finamente dispersas na estrutura, ajudam a bloquear o movimento de discordância, desse modo, aumentando a resistência ao escoamento, isto é, proporcionando endurecimento por precipitação v. É também possível obter esse efeito com a adição de Ti. As adições de Ti, entretanto, podem algumas vezes acarretar problemas, especialmente durante a produção metalúrgica de pó da liga, uma vez que se formam carbetos e nitretos já na fusão, antes da atomização, que, por sua vez, pode obstruir o orifício durante a atomização.

O nióbio também forma dispersões estáveis com C e/ou N, podendo, portanto, ser adequadamente adicionado à liga de acordo com a invenção.

A liga compreende um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste de Ta, Zr, Hf, Ti e Nb, numa quantidade total desse grupo de 0,25-2,2%, preferivelmente, 0,3-1,5%, mais preferivelmente, 0,6-1,5%.

A liga, preferivelmente, compreende uma tal quantidade dos elementos Ta, Zr, Hf, Ti e Nb que, essencialmente, todo o carbono e nitrogênio são ligados a esses elementos. Isso garante, por exemplo, que o risco da formação de carbetos de cromo durante o uso em elevadas temperaturas da liga é significativamente reduzido.

De acordo com uma modalidade preferida, a liga compreende 0,1-0,5% de Hf. De acordo com outra modalidade, a liga compreende 0,05-0,35% de Zr. De acordo ainda com outra modalidade, a liga compreende 0,05-0,5% de Ta. De acordo com outra modalidade, a liga compreende 0,05-0,4% de Ti. De acordo ainda com outra modalidade, a liga compreende 0,1-0,8% de Nb.

Metais de Terra Rara (REM)

Os metais de terra rara (REM) se referem no presente contexto aos elementos do Grupo 3 da Tabela Periódica, Sc, Y, e La, assim como, os quatorze lantanídeos. Os metais de terra rara afetam as propriedades de oxidação mediante dopagem do óxido formado. O excesso de formação de liga desses elementos pode proporcionar um óxido que tende a rachar a superfície e uma adição demasiadamente pequena desses elementos tende a proporcionar um óxido que enfraquece a adesão à superfície do metal. A liga pode compreender um ou mais elementos do grupo que consiste de REM, com um teor de até 0,5% no total, preferivelmente, 0,05-0,25%. De acordo com uma modalidade preferida, ítrio é adicionado à liga numa quantidade de 0,05-0,25%.

A liga à base de níquel de acordo com a invenção pode também compreender impurezas de ocorrência normal, como resultado da matéria-prima usada ou do processo de fabricação selecionado. Exemplos de impurezas incluem Ca, S e P.

A liga à base de níquel endurecível por precipitação apresenta uma satisfatória resistência à oxidação, entre outras coisas, como resultado dos teores de Al e Cr. Também, a dispersão apresenta satisfatórias propriedades mecânicas, como, por exemplo, rendimento e resistência à tração, assim como, ductilidade. A dispersão apresenta satisfatória usinabilidade, o que torna fácil a fabricação de produtos, por exemplo, mediante extrusão a quente ou laminação a quente.

A liga à base de níquel identificada acima é principalmente idealizada para uso em altas temperaturas. Exemplos de aplicações em que a liga é especialmente adequada incluem materiais de construção para fornos de tratamento térmico, laminadores para fornos de soleira de laminação, tubos de mufla para recozimento em atmosfera protetora, material de construção para elementos de aquecimento, em material de câmara de combustão de turbinas a gás, em trocadores de calor do tipo gás-gás, por exemplo, na indústria de fabricação de vidro ou de turbinas a gás, em reatores tubulares em processos de alta temperatura, em correias transportadoras tecidas de arame idealizadas para fornos de tratamento térmico, em tubos de radiação para aquecimento de fornos de tratamento térmico, ou em tubos de proteção para termopares.

Simulação

A estabilidade das fases em diferentes composições e temperaturas de liga foi estudada por simulações termodinâmicas usando o software Thermo-Calc. Um banco de dados termodinâmico para ligas à base de níquel, chamado de “NiFe-Super, versão 4”, foi usado para as simulações. É normalmente conhecido que esse tipo de cálculo, na maioria dos casos, corresponde exatamente à realidade.

A influência do ferro sobre a estabilidade dos aluminetos de níquel β (NiAl) e y’ (NÍ3AI), e a estabilidade de α (ferrita rica em cromo) foi estudada. Os cálculos foram feitos para o teor de cromo de 18% em peso, e teor de alumínio de 4,5% em peso. O resultado para uma simulação em que a temperatura e o teor de níquel foram variados é mostrado na figura 1. Ao longo do eixo X, o ferro é substituído por níquel na liga.

Essas simulações mostraram que existe uma área para uma liga com 4,5% em peso de Al e 18% em peso de Cr, onde a estabilidade da fase y’ apresenta um valor mínimo. Esse mínimo é 58% em peso de níquel e um teor de ferro de aproximadamente 19% em peso, sendo marcada na figura pelo círculo pontilhado. Teores mais baixos de Fe aumentam a estabilidade de y’, enquanto teores mais altos proporcionam a formação de alumineto de níquel de fase β (NiAl). As composições de valores próximos desse valor mínimo proporcionam um amplo intervalo de temperatura entre a fusão da liga e a precipitação dos aluminetos de níquel, portanto, facilitando a usinabilidade a quente, conforme explicado acima.

A influência das variações nos teores de Al e Cr sobre o valor mínimo identificado acima, foi também estudada. Ao variar o teor de Al entre 4 e 6% e, ao mesmo tempo, ajustar o teor de Fe de modo que o mínimo de estabilidade de y’ seja alcançado, pode ser calculada a figura 1b. A figura 1b mostra como o valor mínimo pode ser movimentado quando os teores de Fe e Al são variados. O valor mínimo é movimentado ao longo da linha na figura, ao mesmo tempo em que a temperatura é modificada. É evidente da figura que o aumento de teor de Al reduz a quantidade de Fe necessária para se obter o mínimo. Além disso, a temperatura se eleva para o mínimo, a partir de 814°C na marcação (1), para 953°C na marcação (9).

A figura 1c mostra o mesmo tipo de cálculo que da figura 1b, mas em que os teores de Cr e Al foram variados e o teor de Fe é mantido em aproximadamente 19%. É evidente da figura que o aumento do teor de Al reduz a quantidade de Cr necessária se obter o valor mínimo. Além disso, a temperatura se eleva de 815°C na marcação (1), para 951°C na marcação (10).

Na figura 2, a influência de diferentes teores de fero sobre a estabilidade de aluminetos de níquel, ferrita e austenita é mostrada. A composição foi nesse caso de 18% em peso de Cr, 4,5% em peso de Al, saldo de Ni, com três diferentes teores de ferro, respectivamente, 16% em peso, 19% em peso e 22% em peso. A temperatura de dissolução mais baixa para os aluminetos de níquel foi obtida para o teor de Fe de 19%. Para o teor de Fe mais alto, a fase β é estável, enquanto o teor mais baixo de Fe aumenta a estabilidade da fase Y’ , que resulta em uma temperatura de dissolução mais alta.

Na figura 3, a influência de diferentes teores de Al sobre a estabilidade dos aluminetos de níquel e ferrita é mostrada. Nesse caso, a composição foi de 18% em peso de Cr, 19% em peso de Fe, saldo de Ni, com quatro diferentes teores de Al, respectivamente, 4% em peso, 4,5% em peso, 5% em peso e 6% em peso. O aumento dos teores de Al aumenta a temperatura de dissolução para os aluminetos de níquel. Quando o teor de Al for de 6%, a fase intermetálica β é estável, até temperaturas de cerca de 1100°C. O aumento dos teores de Al aumenta a estabilidade da ferrita em faixas de temperaturas mais baixas, abaixo de aproximadamente 800°C. Simulação do Efeito de Adição de Cobalto

A fim de investigar qual efeito o cobalto poderia ter sobre a liga, simulações foram feitas usando o software Thermo-Calc. Um banco de dados termodinâmico para ligas à base de níquel, chamado de “NiFe-Super, versão 4” foi usado para as simulações. Os cálculos foram feitos com a composição de partida, contendo 18% de Cr, 19% de Fe, 4,5% de Al, saldo de Ni. O níquel foi substituído por 5, 10 e 15% de Co na composição de partida e a fração de saldo das precipitações foi calculada como uma função da temperatura.

A influência do Co sobre a estabilidade dos aluminetos de níquel β (NiAl) e y’ (NÍ3AI), α (ferrita rica em cromo) assim como, a fase o, foram estudados. O resultado é mostrado na figura 4.

Os cálculos mostram que as adições de Co aumentam a temperatura de dissolução para os aluminetos de níquel. As adições de Co também aumentam a estabilidade do alumineto de níquel β em relação à fase y’. Nos dois mais altos teores de Co, existe o risco de precipitações da fase o, nas temperaturas abaixo de aproximadamente 650°C. Até 10% em peso de Co pode ser usado n liga para uso em temperaturas acima de 950°C.

Testes de Tração

Um determinado número de composições da liga de acordo com a invenção foi produzido, por meio de metalurgia do pó, sendo depois compactado por prensagem isostática, seguido de extrusão a quente e subseqüente têmpera com água. As composições de diferentes corridas de processamento são apresentadas na Tabela 1. Tabela 1

Os testes de tração das composições foram realizados de acordo com a Norma SS-EN 10002-1, à temperatura ambiente. Três amostras de cada composição foram testadas e os resultados dos testes de tração, na 5 forma de média das três amostras, são mostrados na Tabela 2. Entretanto, a corrida de processamento 1 também foi testada diretamente após o procedimento de HIP (isto é,antes do procedimento de extrusão). Tabela 2

Os resultados mostram que a liga de acordo com a invenção apresenta um satisfatório alongamento à fratura à temperatura ambiente durante o processamento a frio. Além disso, a liga apresenta uma resistência à deformação que é maior do que em muitos aços austeníticos e ligas à base de níquel, que, geralmente, apresentam uma resistência à deformação de aproximadamente 200-300 Mpa. Os resultados podem, por exemplo, ser comparados com um aço de cromo- níquel austenítico, com uma composição nominal de 0.07% em peso de C, 1,6% em peso de Si, 1,5% em peso de Mn, 25% em peso de Cr, 35% em peso de Ni, 0,16% em peso de N, 0,05% em peso de Ce e saldo de Fe (correspondente a UNS S35315), que apresenta uma resistência à deformação Rp0,2 de cerca de 260 MPa, uma resistência à tração Rm de cerca de 600 Mpa e um alongamento à fratura de cerca de 35%. Os resultados podem ser comparados com aço ferrítico formador de óxido de alumínio endurecível por precipitação, conhecido pela marca comercial KANTHAL APMT®, que apresenta uma composição nominal compreendendo 21% em peso de Cr, 5% em peso de Al, 3% em peso de Mo, máximo de 0,7% em peso de Si, máximo de 0,4% em peso de Mn, máximo de 0,08% em peso de C, e que apresenta uma resistência à deformação Rp0,2 de cerca de 550 MPa, uma resistência à tração Rm de cerca de 750 Mpa e um alongamento à fratura de cerca de 25%.

Além disso, foram feitos testes de tração sob temperaturas de 500°C e 600°C, respectivamente, das corridas de processamento A-F apresentadas na Tabela 1, em conformidade com a Norma SS-EN 10002-5. Três amostras de cada composição foram testadas, e o resultado dos testes de tração na forma de média das três amostras é mostrado na Tabela 3. Os resultados do teste de tração sob temperaturas de 500°C e 600°C indicam que a liga de acordo com a invenção apresenta satisfatórias propriedades mecânicas em altas temperaturas, e satisfatório alongamento à fratura nessas temperaturas. Isso, juntamente com os resultados bem sucedidos da extrusão a quente e laminação a quente, indica que a liga apresenta uma satisfatória usinabilidade a quente.

Os resultados do teste de tração das corridas de processamento 1 e 2 são mostrados na figura 5 e os resultados do teste de tração das corridas de processamento A-F são mostrados nas figuras 6 a 8.Tabela 3

Testes de Impacto

Testes de impacto foram realizados no material produzido a partir dos pós metálicos das corridas de processamento apresentadas na Tabela 1. As amostras foram produzidas através de prensagem isostática a quente (HIP) e, depois, extrusão a quente e têmpera com água. Os testes foram realizados de acordo com a Norma SS-EN 10045-1, à temperatura ambiente, e foram feitos em cada das três amostras das composições. Os resultados são apresentados na Tabela 4.Tabela 4

A resistência ao impacto para todas as corridas é bem acima de 27 Joule, que é o valor geralmente usado como limite entre material dúctil e material frágil.

Teste de Oxidação à 1000°C

As amostras na forma de tiras foram produzidas a partir das corridas de processamento mostradas na Tabela 1. As tiras foram submetidas a um procedimento de separação com papel de 220 μ m. Além disso, uma amostra de uma liga à base de níquel conhecida sob a marca comercial SANDVIK SANICRO® 80 (correspondente ao UNS N06003) e uma amostra de aço ferrítico formador de óxido de alumínio endurecível por precipitação, conhecido pela marca comercial KANTHAL APMT (que apresenta uma composição nominal compreendendo 21% em peso de Cr, 5% em peso de Al, 3% em peso de Mo, máximo de 0,7% em peso de Si, máximo de 0,4% em peso de Mn, máximo de 0,08% em peso de C), foram produzidas para comparação.

O teste de oxidação foi realizado à temperatura de 1000°C ao ar livre. As amostras foram removidas do forno e resfriadas à temperatura ambiente, após 24, 48, 95, 186, 500 e 1005 horas, respectivamente, e pesadas. Após a pesagem, as amostras foram inseridas dentro do forno para continuar o aquecimento e oxidação. Os resultados do teste de oxidação são apresentados na figura 9.

Os resultados mostram que a liga de acordo com a invenção apresenta uma satisfatória resistência à oxidação, à temperatura de 1000°C. Todas as corridas de processamento, exceto a corrida D, apresentaram uma resistência à oxidação consideravelmente melhor do que o produto SANDVIK SANICRO 80. Além disso, as ligas de acordo com a invenção apresentam uma resistência à oxidação nessa temperatura que se compara com aquela do produto KANTHAL APMT, que é uma liga considerada como tendo uma excelente resistência à oxidação.

As ligas de acordo com a presente invenção rapidamente formam um óxido protetor, que após a formação, apresenta uma velocidade de crescimento bastante baixa. Efeitos negativos devido ao alto teor de ferro, que haviam sido anteriormente relatados nas Patentes US 4.882.125 e US 4.460.542, não foram observados. Pode ser observado que a maioria das ligas austeníticas formadoras de óxido de cromo comumente usadas em altas temperaturas, apresentam uma velocidade de crescimento de óxido que é 4-8 vezes maior nessa temperatura.

Teste de Oxidação à 1100°C

As amostras foram produzidas a partir das mesmas composições e da mesma maneira que no caso do teste de oxidação à temperatura de 1000°C. O teste de oxidação, nesse caso, foi realizado à temperatura de 1100°C ao ar livre. As amostras foram removidas após 24, 48, 95, 186, 500 e 1005 horas, respectivamente, e depois pesadas. Os resultados do teste de oxidação são mostrados na figura 10.

Os resultados mostram que a liga de acordo com a invenção apresentam satisfatória resistência à oxidação à temperatura de 1100°C. As ligas de referência usadas nesse trabalho, SANDVIK SANICRO 80 e KANTHAL APMT, são conhecidas como tendo excelente resistência à oxidação para compostos formadores de óxido de cromo e formadores de alumina ferrítica, respectivamente. O teste de oxidação das ligas de acordo com a presente invenção, mostra, em geral, uma melhor resistência à oxidação do que aquela do produto SANDVIK SANICRO 80 e ainda um pouco melhor do que a do produto KANTHAL APMT. Todas as ligas testadas apresentam uma resistência à oxidação substancialmente melhor que aquela da liga divulgada pelo documento de patente WO 00/34541. Estudos tentativos de oxidação à temperatura de 1200°C indicam que a liga de acordo com a presente invenção mostra um superior grau de resistência à oxidação, se comparado com as ligas formadoras de óxido de cromo SANDVIK SANICRO 80 e a anteriormente mencionada UNS S35315. Isso demonstra que a adição de alumínio na liga desenvolvida aumenta a resistência à oxidação, especialmente, em temperaturas acima de 1100°C. Microestrutura

Um exemplo da microestrutura em um material com a composição de acordo com a corrida de processamento (A), produzida a partir de pó metálico compactado de acordo com o procedimento HIP, extrudado a quente e submetido à têmpera com água, é mostrado na figura 11. A fotografia foi tirada em um microscópio de varredura de elétrons (SEM) com amplitude de 30.000 vezes. Os precipitados luminosos vistos na microestrutura são carbonitretos, contendo principalmente Hf, Ta e Zr.

Uma análise de imagem de cerca de 10.000 precipitados de carbonitreto do material mostrado na figura 11 foi realizada usando o procedimento SEM. O diâmetro médio dos precipitados foi de cerca de 130 nm. A freqüência dos precipitados de carbonitreto em diferentes faixas de tamanho relativa à análise de imagem é mostrada na figura 12a.

Além disso, o tamanho dos precipitados endurecíveis por precipitação nas corridas de processamento (B) a (D) foi pesquisado. A figura 12b mostra a freqüência relativa do diâmetro de partícula das corridas de processamento (A) a (D). É evidente que as dispersões em todas as corridas, geralmente, apresentam um diâmetro inferior a 300 nm.

Testes de Escoamento das Corridas de Processamento 1 e 2

Os testes de resistência ao escoamento para as corridas de processamento 1 e 2 foram realizados, conforme mostrado na Tabela 1. As amostras de teste foram produzidas a partir de pó metálico, que foi compactado pelo procedimento de HIP. Durante o teste de escoamento, foram usadas amostras rosqueadas com um comprimento de 35 mm, e diâmetro de 5 mm na parte mais fina. Os testes foram realizados à temperatura de 1200°C e carga de 4 MPa. O teste foi realizado para amostras duplas. A corrida de processamento 1, que compreende somente um pequeno teor de partículas endurecíveis por precipitação, devido ao baixo teor de C (0,05%) e somente 0,395% de Hf (sem adições de Nb, Ti, Zr e Ta), mostrou um tempo para fratura de 358 e 387 horas, respectivamente, para as amostras. Entretanto, a corrida de processamento 2, a qual apresenta um teor relativamente alto de partículas endurecíveis por precipitação devido ao teor relativamente alto de C (0,14%) e um total de 1,148% de Zr, Ta e Hf, mostrou um tempo para fratura de 3064 e 4576 horas, respectivamente. O efeito benéfico do endurecimento por precipitação, desse modo, se torna claro pelos resultados apresentados.

Teste de Escoamento das Corridas de Processamento A-F

As amostras de teste para os testes de escoamento foram produzidas de pó metálico, que foi compactado pelo procedimento de HIP, com posterior extrusão a quente, de diâmetro de 77 mm a 25 mm, seguido de têmpera com água. Durante o teste de escoamento, foram usadas amostras rosqueadas com um comprimento de 35 mm e diâmetro de 5 mm na parte mais fina. Os testes foram realizados à temperatura de 1200°C, com carga de 5 MPa, e temperatura de 1000°C com carga de 15 MPa. O tempo para ruptura para os diferentes materiais é mostrado na Tabela 5.Tabela 5

Os resultados mostram como o material de acordo com a invenção apresenta uma mais alta resistência à escoamento, comparado com as ligas fabricadas à base de níquel comercialmente disponíveis. Também, é mostrado como o material de acordo com a invenção apresenta suficiente resistência ao escoamento e resistência à oxidação para uso prático, sob temperaturas que excedem 1200°C, ao contrário da grande maioria de ligas à base de níquel comercialmente disponíveis.

A alta resistência ao escoamento da corrida de processamento (D) é acreditada como sendo um resultado do alto teor de carbono, assim como, dos altos teores de Ti, Nb, Ta, HF e Zr.

Testes de Escoamento de Corridas que não são endurecíveis por precipitação

Um determinado número de corridas de amostras experimentais de tamanho de aproximadamente 1 kg foi produzido mediante fusão e fundição por indução, sob uma atmosfera protetora de argônio, para efeito de comparação. As corridas de processamento não foram endurecíveis por precipitação, uma vez que não foram produzidas a partir de procedimento metalúrgico do pó. As composições são apresentadas na Tabela 6.

Os materiais produzidos foram depois transformados em hastes, com um diâmetro de 15 mm e, após isso, laminados à temperatura de 1200°C. As amostras para os testes de escoamento foram produzidas a partir de peças brutas que haviam sido laminadas com seção transversal de 10 mm2. Durante o teste de escoamento, foram usadas amostras rosqueadas com um comprimento de 35 mm e um diâmetro de 5 mm na parte mais fina. Tabela 6

O teste de escoamento foi realizado à temperature de 1200°C e carga de 4 MPa. O resultado é mostrado na figura 13.

Uma comparação dos tempos para fratura, conforme mostrado na figura 13, com aqueles dos testes da corrida de processamento 2 acima, mostra o efeito benéfico sobre a resistência ao escoamento, quando o material foi produzido por procedimento de metalurgia do pó. A corrida 2 foi testada sob a mesma carga e temperatura que das fornadas comparativas apresentadas na Tabela 6, tendo mostrado tempos para fratura acima de 3.000 horas, enquanto as fornadas comparativas foram todas fraturadas em tempos bem abaixo de 500 horas.

A corrida de processamento 4249, que apresentou um alto teor de C (0,13%) e um teor relativamente alto de Ta+Zr+Hf (0,96%), ainda apresenta uma resistência ao escoamento para fraturas abaixo de 500 horas, enquanto a corrida 2, compreendendo aproximadamente a mesma quantidade de C (0,14%) e um teor ligeiramente superior dos elementos endurecíveis por precipitação (1,148%) mostrou um tempo para fratura mais de 6 vezes maior.

Testes de Oxidação à Temperatura de 1100°C de Corridas que não são endurecíveis por precipitação

As amostras na forma de tiras foram produzidas a partir de corridas 4249, 4251, 4257, e 4258 e submetidas à separação com papel de 220 μm. As amostras foram testadas quanto à oxidação, à temperatura de 1100°C, ao ar livre. As amostras foram removidas após 24, 48, 96, 186, 500 e 1000 horas, respectivamente, e depois pesadas. Os resultados dos testes de oxidação são mostrados na figura 14.

Os resultados mostram que a liga apresenta uma satisfatória resistência à oxidação, à temperatura de 1100°C. Uma vez que as propriedades de oxidação do material devem ser independentes do endurecimento por precipitação, os resultados indicam que as ligas endurecíveis por precipitação produzidas pelo procedimento de metalurgia do pó com as mesmas composições, isto é, com a composição da liga de acordo com a presente invenção, devem exibir uma resistência à oxidação igualmente satisfatória sob essa temperatura.

Claims

1. Liga à base de níquel endurecível por precipitação caracterizada pelo fato de compreender, em % em peso: - C: 0,05% - 0,2%; - Si: 0,04% - 1,5%; - Mn: 0,06% - 0,5%; - Cr: 15% - 20%; - Al: 4% - 6%; - Fe: 15% - 25%; - Co: 0,02% - 10%; - N: 0,03-0,15; - O: 200 ppm - 0,5%; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em Ta, Zr, Hf, Ti e Nb, em que a quantidade total desse grupo é 0,25% - 2,2%; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em metais de terra rara, que consiste em Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Tm Yb e Lu, em que a quantidade total desse grupo é de 0,05% - 0,5%; saldo de Ni e impurezas de ocorrência normal.

2. Liga à base de níquel, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 16% - 21,5% em peso de Fe.

3. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 17% - 20% em peso de Cr, preferivelmente, 17% - 19% em peso de Cr.

4. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a liga compreende de 0,04% - 1% em peso de Si, preferivelmente, de 0,04% - 0,3% em peso de Si.

5. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a liga compreende um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em metais de terra rara, em um teor total de 0,05% - 0,25% em peso, preferivelmente, 0,05% - 0,25% em peso de Y.

6. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a liga compreende um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em Ta, Zr, Hf, Ti e Nb, em um teor total de 0,3% - 1,5%, preferivelmente, 0,6% - 1,5%.

7. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 0,1% -0 ,5% em peso de Hf.

8. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 0,05% - 0,35% em peso de Zr.

9. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 0,05% - 0,5% em peso de Ta.

10. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 0,05% - 0,4% em peso de Ti.

11. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 0,1% - 0,8% em peso de Nb.

12. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a liga compreende > 4% - 5,5% em peso de Al, preferivelmente, > 4% - 5,2% em peso de Al.

13. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 200 - 2000 ppm de O, preferivelmente, 400 - 1000 ppm de O.

14. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que a liga compreende 52% - 62% em peso de Ni, preferivelmente, 52% - 60% em peso de Ni.

15. Liga à base de níquel, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que a liga é essencialmente livre de carbetos da forma M7C3, em que M é um metal.

16. Pó de uma liga à base de níquel endurecível por precipitação, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por compreender, em % em peso: - C: 0,05% - 0,2%; - Si: 0,04% - 1,5%; - Mn: 0,06% - 0,5%; - Cr: 15% - 20%; - Al: 4% - 6%; - Fe: 15% - 25%; - Co: 0,02% - 10%; - N: 0,03-0,15; - O: 200 ppm - 0,5%; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em Ta, Zr, Hf, Ti e Nb, em que a quantidade total desse grupo é 0,25% - 2,2%; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em metais de terra rara, que consiste em Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Tm Yb e Lu, em que a quantidade total desse grupo é de 0,05% - 0,5%; saldo de Ni e impurezas de ocorrência normal.

17. Componente sólido compreendendo uma liga à base de níquel formadora de óxido de alumínio, em que a liga à base de níquel é compactada a partir de um pó, conforme definido na reivindicação 16, caracterizado por compreender, em % em peso: - C: 0,05% - 0,2%; - Si: 0,04% - 1,5%; - Mn: 0,06% - 0,5%; - Cr: 15% - 20%; - Al: 4% - 6%; - Fe: 15% - 25%; - Co: 0,02% - 10%; - N: 0,03-0,15; - O: 200 ppm - 0,5%; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em Ta, Zr, Hf, Ti e Nb, em que a quantidade total desse grupo é 0,25% - 2,2%; um ou mais elementos selecionados do grupo que consiste em metais de terra rara, que consiste em Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Er, Tm Yb e Lu, em que a quantidade total desse grupo é de 0,05% - 0,5%; saldo de Ni e impurezas de ocorrência normal.

18. Uso de uma liga à base de níquel, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por ser em produtos na forma de tubos, varas, tiras, placas ou fios.

19. Uso de uma liga à base de níquel, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado por ser em material de construção para fornos de tratamento térmico, para laminadores para fornos de soleira de laminação, em tubos de mufla para recozimento em atmosfera protetora, em material de construção para elementos de aquecimento, em material de câmara de combustão de turbinas a gás, em trocadores de calor do tipo gás-gás, em reatores tubulares de processos de alta temperatura, em correias transportadoras tecidas de arame idealizadas para fornos de tratamento térmico, em tubos de radiação para aquecimento de fornos de tratamento térmico, ou em tubos de proteção para termopares.