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Título: Brasagem a alta temperatura de aços inoxidáveis duplex com fitas amorfas à base de níquel
Autor(es): Mattos, Emanoela Pereira de
Orientador: Buschinelli, Augusto José de Almeida
Palavras-chave: Fitas amorfas a base de Ni;Aço inoxidável austenítico;Aço inoxidável lean duplex;Intermetálicos
Data do documento: 25-Ago-2017
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Referência: MATTOS, Emanoela Pereira de. Brasagem a alta temperatura de aços inoxidáveis duplex com fitas amorfas à base de níquel. 2017. 134f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2017.
Resumo: Aços inoxidáveis duplex, caracterizados pela microestrutura bifásica com frações similares de ferrita e austenita, vêm ampliando sua aplicação em diversos campos, em detrimento do uso de tradicionais aços inoxidáveis austeníticos e ferríticos, em particular nas indústrias químicas e petroquímicas onde atendem vantajosamente requisitos de resistência mecânica e à corrosão em meios agressivos. Para fabricação de componentes com geometrias complexas e/ou com chapas de reduzida espessura os processos mais indicados são soldagem por difusão no estado sólido e a brasagem a alta temperatura (BAT) em detrimento dos métodos convencionais de soldagem por fusão. Neste contexto este trabalho descreve inicialmente resultados de testes de BAT no aço inoxidável austenítico AISI 316L, explorando a aplicabilidade dessa tecnologia como rota alternativa de fabricação para trocadores de calor compactos. Além disso, como objetivo principal do trabalho foram avaliados mais detalhadamente diferentes sistemas de brasagem formados por 3 aços inoxidáveis duplex e 5 diferentes ligas de adição a base de níquel. Como metais de base foram empregadas chapas dos aços inoxidáveis lean duplex UNS S32101 e UNS S32304 e duplex UNS S32205 e como metais de adição, fitas amorfas a base de níquel com diferentes quantidades de elementos de liga como Cr, Fe e em especial os metaloides Si, B, P e C. O processo de brasagem foi realizado em alto vácuo (10-4 mbar) sob temperaturas de 1020, 1100 e 1160°C por tempos de 30 minutos e 1 hora. Realizou-se ainda ensaio de brasagem em cunha a 1020°C com tratamento térmico posterior (1000 e 1100°C por 60 e 120 minutos) para o aço lean duplex UNS S32101 com liga de adição contendo P afim de determinar o comportamento dos intermetálicos na junta. A caracterização das juntas brasadas quanto à integridade microestrutural dos aços, presença de fases intermetálicas na zona de fusão e na interface metal base/metal de adição foi realizada por microscopia óptica (MO), microscopia eletrônica de varredura de emissão de campo (MEV/FEG), espectroscopia de energia dispersiva (EDS), difração de elétrons retroespalhados (EBSD), difração de raios-X (DR-X) e microdureza Vickers. O metal de adição com melhor desempenho é a liga com adição de Si-B, apresentando na zona de brasagem fase γ-Ni continua com precipitação dispersa de boretos e nitretos. O aço inoxidável lean duplex UNS S32101 mostrou fenômeno de alto crescimento de grão ferrítico sob vácuo a temperaturas superiores a 1100 C, tanto na superfície livre como na interface de brasagem. Discute-se a influência da atmosfera de brasagem na perda por sublimação dos elementos Mn e N, bem como do teor de B no metal de adição na ocorrência desse efeito.
Abstract: Duplex stainless steels, characterized by biphasic microstructure composed of similar fractions of ferrite and austenite, have been expanding their application in several fields, to the detriment of the use of traditional austenitic and ferritic stainless steels, in particular in the chemical and petrochemical industries where they can advantageously meet the requirements of mechanical resistance and corrosion in aggressive media. For fabrication of components with complex geometries and / or with reduced thickness sheets the most indicated processes are solid state diffusion welding and high temperature brazing (BAT) over conventional fusion welding methods. In this context, this work initially describes the results of BAT tests on austenitic stainless steel AISI 316L, exploring the applicability of this technology as an alternative manufacturing route for compact heat exchangers.. In addition, as main objective of the work were evaluated in more detail different brazing systems formed by 3 duplex stainless steels and 5 different nickel-based addition alloys. As base metals were used plates of duplex stainless steels UNS S32101 and UNS S32304 and duplex UNS S32205 and as addition metals, amorphous ribbons based on nickel with different amounts of alloying elements such as Cr, Fe and in particular the Si metalloids , B, P and C. The brazing process was carried out in a high vacuum atmosphere (10-4 mbar), under temperatures of 1020, 1100 and 1160 ° C for times of 30 minutes and 1 hour. A wedge brazing test at 1020 ° C with subsequent heat treatment (1000 and 1100 ° C for 60 and 120 minutes) was performed for the lean duplex UNS S32101 steel with addition alloy containing P in order to determine the behavior of intermetallics in the joint. The characterization of the brazed joints for the microstructural integrity of the steels, the presence of intermetallic phases in the melting zone and the base metal / metal addition interface was performed by optical microscopy, field emission scanning electron microscopy, dispersive energy spectroscopy, backscattered electron diffraction, X-ray diffraction and Vickers microhardness. The best-performing addition metal is the Si-B addition alloy, with continuous γ-Ni phase brazing and dispersed precipitation of borides and nitrides in the brazing zone. The lean duplex stainless steel UNS S32101 showed a phenomenon of high ferritic grain growth under vacuum at temperature over 1100 C, both on the free surface and at the brazing interface. The influence of the brazing atmosphere on the loss by sublimation of Mn and N, as well as the B content in the occurrence of this effect is discussed.
URI: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/48499
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