Efeito da temperatura na resistência ao desgaste de ligas a base de cobalto

Abstract

Resumo: Equipamentos industriais expostos a altas temperaturas sofrem intensa degradação e deterioração por processos sinérgicos de desgaste e oxidação acarretando queda de rendimento funcional e falha prematura. A aplicação de revestimentos pelo processo de deposição por Plasma por Arco Transferido (PTA) representa uma alternativa para extensão da vida em serviço destes equipamentos em função da alta qualidade, baixa diluição, boa ligação metalúrgica e distorção controlada dos revestimentos obtidos. Superligas de Cobalto são aplicáveis em serviços em alta temperatura onde a resistência ao desgaste é requerida. Entretanto são escassos os estudos na previsão do comportamento ao desgaste com a temperatura destes materiais. Dessa forma este estudo visa avaliar comparativamente a resistência ao desgaste em altas temperaturas das superligas comerciais à base de Cobalto Stellite 1 e Stellite 6 processadas pelo processo PTA, ambas da família (Co-Cr-W-C) e buscar uma possível correlação das propriedades dureza e módulo (E/H) com o desgaste em altas temperaturas para os materiais testados. Os ensaios de desgaste foram realizados isotermicamente nas temperaturas ambiente (TA), 450°C, 600°C, 750°C na condição esfera contra disco em um tribômetro de alta temperatura da marca CSM. As amostras foram caracterizadas mecanicamente quanto à microdureza e módulo de elasticidade e as superfícies desgastadas foram analisadas via microscopia óptica, microcopia eletrônica de varredura (MEV), microscopia laser confocal, espectroscopia de energia dispersiva (EDS) e difratometria de raio-x (DRX). Resultados demonstraram que as maiores taxas de desgaste ocorreram a 450°C para ambos os revestimentos e uma transição de regime severo brando foi observado a partir de 600°C. Maiores relações E/H para Stellite 6 repercutiram em menores taxas de desgaste, mas uma correlação com a temperatura não foi possível.

Abstract: Industrial equipments exposed at high temperatures suffer rapid degradation and deterioration due to the synergistic processes of wear and oxidation leading to loss of functional performance and to the premature failure. The application of the coating deposition by Plasma Transferred Arc process (PTA) is an alternative for extending the life of these equipment due to the good adhesion, high quality, low dilution, good metallurgical bonding and controlled distortion of the coatings obtained. Cobalt-based superalloys are applicable at high temperature service where wear resistance is required. However there are few studies in the literature to predict the wear behavior of these materials with temperature. Therefore, this study aims to comparatively evaluate the wear resistance at high temperature of two commercial Cobalt-based superalloys, Stellite 1 and Stellite 6 processed by PTA process, both the family (Co-Cr-W-C) and seek a possible correlation of the properties of hardness and elastic modulus (E / H) with wear at high temperatures for both materials. Wear tests were performed isothermally at the temperatures of RT, 450 °C, 600 °C, 750 °C in the condition of ball-on-disk in a high-temperature tribometer brand CSM. The samples were characterized mechanically as the hardness and elastic modulus and the worm surfaces examined via optical microscopy, scanning electron microcopy (SEM), confocal laser microscopy, energy dispersive spectroscopy(EDS) and x-ray difratometry (XRD). Results showed that the highest wear rates occurred at 450 °C for both coatings and a severe-mild regime transition was observed since 600° C. Largest ratio E / H for Stellite 6 resulted in lower wear rates, but a correlation with temperature it was not possible.