Estudo da adoção de camada intermediária da liga Hastelloy C276® sobre a microestrutura e propriedades da liga Tribaloy T800® depositada a laser

Abstract

Resumo: A deposição a laser (laser cladding) foi desenvolvida na década de 70 nos Estados Unidos (Gnanamuth, U.S. Patent 3,952,180) e, após notável progresso tecnológico, tem sido usada em muitas áreas da indústria por mais de três décadas. Podemos encontrar exemplos na geração de energia, turbinas de aeronaves, além dos seguimentos naval, automotivo, óleo e gás, e muitos outros. Neste cenário, um material pode ser depositado sobre um substrato para melhorar sua resistência ao desgaste e/ou resistência à corrosão, tanto em componentes novos para aumento da sua vida útil, como em reparo de superfícies desgastadas. Um relatório recente mostrou que aproximadamente 23% do consumo total de energia do mundo origina-se de contatos tribológicos, sendo 20% para superar atrito e 3% para retrabalhar peças e/ou equipamentos desgastados, consequentemente, atraindo a atenção da comunidade científica nesse campo. No entanto, as rápidas taxas de aquecimento/resfriamento levam a altos gradientes térmicos e tensões que podem causar micro trincas no revestimento, assim como microestruturas refinadas fora de equilíbrio ou a formação de fases amorfas. Neste contexto, existe a possibilidade de investigação acerca do efeito da deposição de revestimentos de múltiplas camadas a laser, já que os modernos equipamentos apresentam duplo alimentador de ligas na forma de pó, permitindo a deposição de camadas intercaladas. O objetivo deste trabalho é investigar a deposição a laser da liga Tribaloy T800®, de difícil deposição sem trincas (processabilidade), a partir do processamento conjugado de duas camadas, sendo a primeira da liga Hastelloy C276® e a segunda camada de liga Tribaloy T800®. No contexto apresentado, sugere-se que o pré-aquecimento decorrente da deposição da primeira camada e a baixa dureza da liga C276® possam auxiliar na redução da tendência ao trincamento da segunda camada de liga Tribaloy T800®. A deposição foi realizada a partir de revestimentos de múltiplos cordões com 30% de sobreposição e potências de laser de 2,0, 2,5 e 3,0 kW. Os resultados mostraram que a potência de laser não promove a eliminação do trincamento nos revestimentos de liga Tribaloy T800® para a deposição direta. Apesar disso, a microestrutura é alterada pela diluição, levando a modificações na dureza e resistência ao risco. Contudo, a adoção de uma camada intermediária de liga Hastelloy C276® permite a eliminação das trincas para uma potência de 3,0 kW. Mesmo assim, a dureza é mantida relativamente alta (~600 HV2) e os revestimentos apresentam baixo teor de ferro, revelando uma das condições promissoras do presente trabalho para o processamento a Laser da liga Tribaloy T800®

Abstract: Laser cladding was developed in the seventies in the United States (Gnanamuth, U.S. Patent 3,952,180) and, after notable technological progress, it has been used in many industrial areas for more than 3 decades. Examples are met in power generation, aerospace turbines, marine, automotive, oil & gas, and many others. In these scenarios, a hard and/or corrosion-resistant material may be deposited on a substrate to withstand the wear and corrosion degradation either in new components enhancing the service life or repairing a worn-down surface. A recent report stated that ~23% of the world’s total energy consumption originates from tribological contacts, 20% from overcoming friction, and 3% from remanufacturing worn parts and spare equipment due to wear and wear-related failures attracting, therefore, the attention of the scientific community in this field. However, the fast heating/cooling rates lead to high thermal gradients and stresses that may cause coating microcracks, as well as refined microstructures containing out-of-equilibrium or amorphous phases may be formed. In this context, there is a chance to investigate the effect of the deposition of multilayer laser coatings, since modern equipment has a double feed system of alloys in the powder form, allowing the deposition of multiple layers. This work aims to investigate the laser deposition of Tribaloy T800™ alloy - which is hard to obtain as crack-free coatings (processability) - from the conjugate processing of two layers, the first being of Hastelloy C276™ alloy and the second layer of Tribaloy T800™ alloy. It is suggested that the deposition of the first layer serves as a preheated substrate and the low hardness of the C276 alloy can also help to reduce the cracking tendency of the second layer of the Tribaloy T800™ alloy. The deposition was carried out from coatings of multiple beads with 30% overlapping degree and laser powers of 2.0, 2.5, and 3.0 kW. Results demonstrated that the laser power does not promote the elimination of cracking in Tribaloy T800™ alloy coatings for direct deposition. Despite this, the microstructure is altered by dilution, leading to changes in hardness and scratch resistance. Otherwise, the adoption of an intermediate layer of Hastelloy C276™ alloy allows the elimination of cracks for a power of 3.0 kW. Even so, the hardness is kept relatively high (~600 HV2) and the coatings have a low iron content, revealing one of the promising conditions of the present investigation about the Laser processing of the Tribaloy T800™ alloy