Microstructural characterization and oxidation behavior of high temperatures of TiAl alloys

As ligas γ-TiAl são atraentes para diversos segmentos industriais, tais como aeronáutico, aeroespacial e automobilístico, visto a sua combinação única de propriedades mecânicas aliadas a sua baixa densidade, alto ponto de fusão (1400 - 1500 °C), boa resistência à oxidação e à fluência, dentre outros. Contudo, apresentam como limitadores de aplicação uma baixa ductilidade à temperatura ambiente e insuficiente resistência à oxidação quando submetida às temperaturas superiores a 800 °C. Portanto, diversos elementos de liga têm sido adicionados à liga γ-TiAl com o intuito de melhorar estas propriedades. Diante disto, o objetivo deste trabalho é caracterizar a microestrutura e o comportamento em oxidação em temperaturas elevadas das ligas γ-TiAl: Ti-48Al-2Nb-2Cr-0,5B (% at.) e Ti-44Al-4Nb-1Mo-0,5B (% at.). Os lingotes foram fundidos em um forno a arco elétrico sob atmosfera de argônio e a partir deles foi realizada a caracterização microestrutural por meio de difração de raios X, microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura. As análises permitiram identificar em ambas as ligas as fases γ-TiAl (matriz), α2-Ti3Al e β (B2). A microestrutura ao longo da seção transversal das ligas apresentou-se heterogênea, com grãos equiaxiais e uma estrutura lamelar na região central do lingote. Outro fato a ser evidenciado é a presença de regiões dendríticas em ambas as ligas, sendo que na liga Ti-48Al-2Nb-2Cr-0,5B(% at.) também foram observadas colônias de fragmentos dendríticos. O ensaio termogravimétrico foi realizado sob 1000 °C, ao ar por 7 h, e a partir dele observou-se que a resistência à oxidação de ambas as ligas apresentaram baixo ganho de massa quando submetidas a temperaturas inferiores a 850 °C, entretanto, a 1000 °C o comportamento das curvas evidencia que a liga Ti-48Al-2Nb-2Cr-0,5B(% at.) possui uma melhor resistência a oxidação do que Ti-44Al-4Nb-1Mo-0,5B (% at.) nesta temperatura.γ-TiAl alloys are attractive to a number of industrial segments such as aeronautics, aerospace and automotive, since their unique combination of mechanical properties combined with their low density, high melting point (1400 - 1500 ° C), good oxidation and creep resistance, and others. However, they have as application limiters a low ductility at room temperature and insufficient oxidation resistance when exposed to temperatures exceeding 800 °C. Several alloying elements have been added to the γ-TiAl alloy in order to improve these properties. Therefore, the objective of this study is to characterize the microstructure and oxidation behavior at high temperatures of two γ-TiAl alloys: Ti-48Al-2Nb-2Cr-0.5B (wt.%) and Ti-44Al-4Nb-1Mo-0.5B (wt.%). The ingots were melt in an electric arc furnace under an argon atmosphere and then, the microstructural characterization was carried out by diffraction X-ray, optical microscopy (OM) and scanning (SEM). By the analyzes was possible to identify the phases γ-TiAl (matrix), α2-Ti3Al and β (B2) in both alloys. The microstructure along the cross section of the alloys was heterogeneous showing equiaxial grains, and dendritic regions in both alloys. In the Ti-48Al-2Nb-2Cr-0.5B (wt.%) alloy colonies of dendritic fragments were also observed. The thermogravimetric test was performed under 1000 °C in air for 7 h. As result it it was observed that the oxidation resistance of both alloys showed low mass gain when the temperature was up to 850 °C, however, at 1000 °C the curves\' behavior evidence that the Ti-48Al-2Nb-2Cr-0.5B (wt.%) alloy has a better oxidation resistance than Ti-44Al-4Nb-1Mo-0.5B (wt.%) at this temperature