Revestimento de liga de níquel inconel 625 por plasma com arco transferido (PTA) sobre aços API 5L X70 e AISI 316L

Orientador : Prof. Dr. Adriano ScheidDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. Defesa: Curitiba, 17/12/2014Inclui bibliografiaResumo: A Liga de Niquel do tipo Inconel 625 e usada em componentes de turbinas aeronauticas ou de geracao de energia e equipamentos na industria do petroleo, especialmente devido a sua tenacidade aliada a elevada resistencia a corrosao. Frequentemente, revestimentos com esta liga de Niquel sao utilizados para proteger a superficie de componentes de aco. As propriedades dos revestimentos dependem da composicao quimica e da microestrutura, influenciados por sua vez pelos parametros de processo na deposicao e pela composicao do aco a ser revestido. O processo de Plasma com Arco Transferido (PTA) vem sendo estudado para o processamento de revestimentos para diversas aplicacoes, com diversas vantagens associadas. A presente dissertacao avaliou o impacto da diluicao sobre a microestrutura e propriedades da liga de Niquel IN 625 depositada por Plasma com Arco Transferido (PTA) sobre dois substratos: aco carbono API 5L X70 e aco inoxidavel AISI 316 L. Diferencas relacionadas a interacao com o substrato foram maximizadas pela analise de revestimentos com cordao unico, processados com tres correntes de deposicao: 120, 150 e 180 A. A liga de Niquel atomizada foi fundida e tratada termicamente com o objetivo de avaliar o impacto da diluicao na dureza e fases formadas comparativamente a uma amostra de referencia sem diluicao. Microscopia Eletronica de Varredura, Laser Confocal e difracao de raios-X foram utilizados para caracterizar a microestrutura. A diluicao foi determinada pelo metodo da razao de areas e a dureza Vickers medida na secao transversal dos revestimentos. Os resultados indicaram a diluicao aumenta com o aumento da corrente de deposicao e tambem e fortemente influenciada pelo substrato. Diluicao entre 5 e 29% foi medida para os revestimentos processados sobre aco API 5L X70 e entre 22 e 51% para o substrato de mais baixa baixa condutividade termica, AISI 316 L. Os revestimentos apresentaram microestrutura composta por dendritas de ƒ× (Ni-CFC) e regiao interdendritica enriquecida em Molibdenio e Niobio, contendo carbonetos. Diferencas na microestrutura e propriedades dos revestimentos podem ser associados com a interacao com cada substrato. A maior fracao de carbonetos e menor diluicao promoveram maior dureza nos revestimentos processados sobre API 5L X70, enquanto a baixa condutividade termica do aco AISI 316 L levou a maior diluicao e maior teor de ferro em solucao solida nestes revestimentos, induzindo a menor dureza do deposito. Apesar disso, a corrente de deposicao levou a maior variacao na dureza, comparativamente ao tipo de substrato de aco. Ja o desempenho em desgaste dos revestimentos foi afetado significativamente tanto pela corrente de deposicao quanto pelo substrato de aco. Melhor desempenho foi verificado para os revestimentos depositados sobre aco carbono API 5L X70, como consequencia da menor diluicao, maior refino da estrutura e maior fracao de carbonetos presentes. Palavras-chave: Plasma com Arco Transferido (PTA) Liga de Niquel, Liga 625, relacao Microestrutura-Propriedades.Abstract: Nickel-based alloy Inconel 625 is utilized to protect components of aircrafts, power generation and oil refinery components due to its toughness and corrosion resistance. Ni-based alloy hardfacing is frequently applied to protect steel components surface. These properties are related with the chemical composition and microstructure of coatings, which depend on the processing parameters and the steel substrate composition to be protected. Plasma Transferred Arc (PTA) weld surfacing has been studied for coatings to several aplications, exhibiting many advantages. This paper assessed the impact of dilution on Ni-based alloy IN 625 microstructure and properties, deposited by Plasma Transferred Arc (PTA) on two substrates: API 5L X70 carbon steel and AISI 316 L stainless steel. Differences due to the interaction with the substrate were maximized analyzing single track coatings processed with three different deposition current intensities: 120, 150 and 180 A. Atomized Nickel-based alloy was molten and heat treated to evaluate hardness and formed phases as a reference sample, as no dilution is envolved. Scanning electron and Laser confocal microscopy and X-ray diffraction analysis were performed to characterize the microstructure and phases formed. Dilution was determined thru the area ratio method and Vickers hardness measured on coatings transverse section. Results indicated increasing dilution with the deposition current increase and substrate also influenced dilution. Dilution ranging from 5 to 29% was measured on coatings processed on the API 5L X70 steel and from 22 to 51% on the lower thermal conductivity AISI 316L steel substrate. Coatings exhibited microstructure composed by ƒ× dendrites (Ni-FCC) and rich interdendrictic region with higher Molybdenum and Niobium contents, with dispersed carbides. Differences on coatings microstructure and properties can be associated to the interaction with each substrate. Higher carbides fraction and lower dilution account for the higher coating hardness when processing on API 5L X70 whereas on the low thermal conductivity AISI 316L that experienced higher Iron content and dilution and, therefore, lower hardness. Wear performance of coatings was influenced by the deposition current and the substrate steel. Better performance was observed for coatings deposited on Carbon API 5L X70 steel, as a consequence of lower dilution, lower dendrite arm spacing (DAS) and higher carbides volume fraction. Keywords: Plasma Transferred Arc (PTA), Nickel-based Alloy, IN625 alloy, Relation Microstructure-Properties