LIGAS DE INCONEL APLICADAS À TANQUES CRIOGÊNICOS

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Ligas de INCONEL

O uso de ligas metálicas não ferrosas nas indústrias teve aumento significativo e de grande importância, e com isso, a necessidade do estudo dessas ligas e suas propriedades se torna essencial para conhecer exatamente as propriedades das mesmas e assim, como realizar procedimentos para melhorá-las e aplicá-las em suas respectivas áreas de uso.

Materiais selecionados para o uso no mercado aeroespacial e plantas de geração de energia e em instalações criogênicas, apresentam, em geral, estrutura cristalina de face centrada (CFC), possuem elevada resistência mecânica, boa resistência à fadiga e fluência, boa resistência à corrosão e contínua operacionalidade em uma grande faixa de temperatura. Superligas à base de níquel constituem uma importante classe de materiais de engenharia, por combinarem elevada resistência mecânica à alta temperatura com excelente resistência à oxidação, o que as tornaram especialmente destinadas a aplicações em alta temperatura, notadamente na construção de turbinas a jato (Perepezko, 2009).

O níquel é um dos mais importantes metais usados na engenharia. Além de extensa aplicação como elemento de liga em aços e outras ligas, o níquel puro e suas ligas têm características importantes, responsáveis pela sua ampla utilização. Ligas à base de níquel representam um amplo espectro de propriedades e importante gama de aplicações. Como o processamento metalúrgico do níquel é muito semelhante ao do aço, é comum que as mesmas instalações que produzem aços especiais produzam ligas à base de níquel.

O objetivo é descrever ligas de INCONEL aplicadas às instalações criogênicas, limitações do material, limitações de usinagem, uma análise de possíveis falhas e compará-las aos outros materiais também utilizados na área.

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METODOLOGIA

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Características do sistema

Os tanques criogênicos são projetados e destinados para o armazenamento de líquidos e gases, tal como: nitrogênio, oxigênio, argônio e outros produtos. Neste caso, tendo em vista que as ligas metálicas não ferrosas são ligas leves e podem ser utilizadas tanto para alta temperatura quão para baixa temperatura, isso vai depender do elemento utilizado, pode ser uma ótima opção para um novo modelo de tanque criogênico. Entre os elementos não ferrosos, pode–se citar o níquel, que é indicado para altas temperaturas, para utilização em meios corrosivos e altas tensões.

Este material pode ser utilizado em contingentes áreas da vida, entre elas podemos citar na estética: lâminas de barbear e depilar, brincos, colares, anéis, botões, cintos e apliques metálicos para roupas, pulseiras de relógio; na saúde: implantes médicos e odontológicos; na construção civil: maçanetas de portas e armários e alguns tipos de pregos; no aparelhos celulares e no nosso caso para tanques criogênicos.

O níquel apresenta, estrutura cúbica de face centrada (CFC), tornando-se dúctil e maleável. O átomo de níquel, próximo de completar o subnível eletrônico 3d, pode receber vários elementos de liga, formando fases estáveis e propiciando o desenvolvimento de ligas especiais, como as superligas.

Liga de Inconel 718, é uma liga de níquel com excelentes propriedades mecânicas em temperaturas elevadas, bem como em temperaturas criogênicas. Adequado para temperaturas de até 750°C pode ser facilmente trabalhado e depois endurecido por envelhecimento. Excelente resistência nas temperaturas de 253°C a 705°C. Endurecível por precipitação de hidrocarbonetos pode ser soldado em plena condição de envelhecido, excelente resistência à oxidação até 980°C.

Normalmente vendidos no estado de solubilizado, porém pode também ser fornecido já envelhecido ou encruado a frio. Por se tratar de uma liga de níquel e cromo, apresenta excelente resistência à corrosão em diversos meios agressivos. Resiste bem a meios inorgânicos e orgânicos compostos e em todas as escalas de alcalinidade e acidez. Resistente à corrosão por pites, corrosão sob tensão do íon cloro, e em ambientes oxidantes sulfúricos.

Esta liga é aplicada na fabricação de componentes para turbinas a gás e tanques de armazenamento criogênico. Podese encontrar aplicações nos motores a jato, corpos e peças de bombas, motores de foguetes e reversores, espaçadores, ferramental de extrusão à quente, entre outros usos populares onde se faça necessário alta resistência e baixo custo de manutenção.

Durante a fabricação dos componentes de Inconel 718, pode ser necessário efetuar etapas de conformação mecânica no material. Para facilitar esta operação e garantir a resistência mecânica do componente adequado à aplicação industrial, realizam-se os tratamentos térmicos. Além de homogeneizar a microestrutura prévia da liga para posterior envelhecimento, o tratamento térmico de solubilização pode recristalizar a estrutura a fim de se obter máxima ductilidade, facilitando as etapas de conformação do material. Em seguida, dependendo do tipo de componente a produzir, conformase o material sendo, posteriormente, envelhecido a fim de se garantir a resistência mecânica para a aplicação deste material.

Outra característica que marca a superliga 178 é a sua composição química que propicia uma ampla variedade de microestrutura. Por causa disto, a metalurgia usa toda a sua engenhosidade para obter grandes aumentos de resistência nas mais variadas temperaturas de tratamento.

Tabela 1 Especificação de composição química de liga Inconel 718, segundo a norma API 6A718 (Adaptado de

AMEREICAN PETROLEUM INSTITUTE 2009).

Composição Química

Elemento

Ni

Cr

Fe

Nb+Ta

Mo

Ti

Al

C

Co

Mn

% em peso

Min

50

17