Fundições de aço resistentes ao calor por processo de fundição de investimento

Aço resistente ao calor refere-se ao aço com resistência à oxidação em altas temperaturas e resistência a altas temperaturas. A resistência à oxidação em altas temperaturas é uma condição importante para garantir que a peça funcione por muito tempo em altas temperaturas. Em um ambiente oxidante, como o ar em alta temperatura, o oxigênio reage quimicamente com a superfície do aço para formar uma variedade de camadas de óxido de ferro. A camada de óxido é muito solta, perde as características originais do aço e cai facilmente. A fim de melhorar a resistência à oxidação em alta temperatura do aço, elementos de liga são adicionados ao aço para alterar a estrutura do óxido. Os elementos de liga comumente usados ​​são cromo, níquel, cromo, silício, alumínio e assim por diante. A resistência à oxidação em altas temperaturas do aço está relacionada apenas à composição química.

A resistência a altas temperaturas refere-se à capacidade do aço de sustentar cargas mecânicas por um longo período em altas temperaturas. Existem dois efeitos principais do aço sob carga mecânica em alta temperatura. Um deles é o amolecimento, ou seja, a resistência diminui com o aumento da temperatura. A segunda é a fluência, ou seja, sob a ação de uma tensão constante, a quantidade de deformação plástica aumenta lentamente com o tempo. A deformação plástica do aço em alta temperatura é causada pelo deslizamento intragranular e pelo deslizamento dos limites de grão. Para melhorar a resistência do aço a altas temperaturas, geralmente são usados ​​​​métodos de liga. Ou seja, elementos de liga são adicionados ao aço para melhorar a força de ligação entre os átomos e formar uma estrutura favorável. A adição de cromo, molibdênio, tungstênio, vanádio, titânio, etc., pode fortalecer a matriz de aço, aumentar a temperatura de recristalização e também pode formar carbonetos de fase de reforço ou compostos intermetálicos, como Cr23C6, VC, TiC, etc. estáveis ​​a altas temperaturas, não se dissolvem, não se agregam para crescer e mantêm sua dureza. O níquel é adicionado principalmente para obteraustenita. Os átomos da austenita estão dispostos de forma mais compacta que a da ferrita, a força de ligação entre os átomos é mais forte e a difusão dos átomos é mais difícil. Portanto, a resistência da austenita a altas temperaturas é melhor. Pode-se observar que a resistência a altas temperaturas do aço resistente ao calor não está apenas relacionada à composição química, mas também à microestrutura.

Alta liga resistente ao calorfundições de açosão amplamente utilizados em ocasiões onde a temperatura de trabalho excede 650°C. Fundições de aço resistentes ao calor referem-se a aços que trabalham em altas temperaturas. O desenvolvimento de peças fundidas de aço resistentes ao calor está intimamente relacionado ao progresso tecnológico de vários setores industriais, como centrais elétricas, caldeiras, turbinas a gás, motores de combustão interna e motores aeronáuticos. Devido às diferentes temperaturas e tensões utilizadas por diversas máquinas e dispositivos, bem como aos diferentes ambientes, os tipos de aço utilizados também são diferentes.

Padrões de aço fundido resistente ao calor em diferentes países
1) Padrão Chinês
GB/T 8492-2002 "Condições Técnicas para Fundições de Aço Resistentes ao Calor" especifica as classes e propriedades mecânicas à temperatura ambiente de vários aços fundidos resistentes ao calor.
2) Norma Europeia
Os padrões de aço fundido resistente ao calor EN 10295-2002 incluem aço inoxidável austenítico resistente ao calor, aço inoxidável ferrítico resistente ao calor e aço inoxidável duplex austenítico-ferrítico resistente ao calor, bem como ligas à base de níquel e ligas à base de cobalto.
3) Padrões Americanos
A composição química especificada em ANSI/ASTM 297-2008 "Fundições de aço resistentes ao calor de ferro-cromo industrial geral, ferro-cromo-níquel" é a base para aceitação, e o teste de desempenho mecânico só é realizado quando o comprador solicita em o momento do pedido. Outras normas americanas que envolvem aço fundido resistente ao calor incluem ASTM A447/A447M-2003 e ASTM A560/560M-2005.
4) Padrão Alemão
Na DIN 17465 "Condições Técnicas para Fundições de Aço Resistente ao Calor", a composição química, as propriedades mecânicas à temperatura ambiente e as propriedades mecânicas de alta temperatura de vários tipos de aço fundido resistente ao calor são especificadas separadamente.
5) Padrão Japonês
As classes em JISG5122-2003 "Fundições de aço resistentes ao calor" são basicamente as mesmas do padrão americano ASTM.
6) Padrão Russo
Existem 19 classes de aço fundido resistentes ao calor especificadas no GOST 977-1988, incluindo aços resistentes ao calor com médio e alto cromo.

A influência da composição química na vida útil do aço resistente ao calor
Há uma grande variedade de elementos químicos que podem afetar a vida útil do aço resistente ao calor. Esses efeitos se manifestam no aumento da estabilidade da estrutura, na prevenção da oxidação, na formação e estabilização da austenita e na prevenção da corrosão. Por exemplo, elementos de terras raras, que são oligoelementos em aço resistente ao calor, podem melhorar significativamente a resistência à oxidação do aço e alterar a termoplasticidade. Os materiais básicos de aço e ligas resistentes ao calor geralmente escolhem metais e ligas com ponto de fusão relativamente alto, alta energia de ativação de autodifusão ou baixa energia de falha de empilhamento. Vários aços resistentes ao calor e ligas de alta temperatura têm requisitos muito elevados no processo de fundição, porque a presença de inclusões ou certos defeitos metalúrgicos no aço reduzirá o limite de resistência do material.

A influência da tecnologia avançada, como o tratamento por solução, na vida útil do aço resistente ao calor
Para materiais metálicos, a utilização de diferentes processos de tratamento térmico afetará a estrutura e o tamanho do grão, alterando assim o grau de dificuldade de ativação térmica. Na análise da falha da peça fundida, existem muitos fatores que levam à falha, principalmente a fadiga térmica leva ao início e desenvolvimento da trinca. Correspondentemente, há uma série de fatores que afetam o início e a propagação de fissuras. Entre eles, o teor de enxofre é extremamente importante porque as fissuras se desenvolvem principalmente ao longo dos sulfetos. O teor de enxofre é afetado pela qualidade das matérias-primas e pela sua fundição. Para peças fundidas que funcionam sob uma atmosfera protetora de hidrogênio, se o sulfeto de hidrogênio estiver contido no hidrogênio, as peças fundidas serão sulfuradas. Em segundo lugar, a adequação do tratamento da solução afetará a resistência e a tenacidade da peça fundida.