Duplex

Conheça as famílias dos aços inoxidáveis.

Os aços inoxidáveis ​​duplex formam a mais recente família de aços inoxidáveis, testados já na década de 1930 e produzidos em massa a partir da década de 1970. Suas excelentes propriedades mecânicas e sua resistência à corrosão os tornaram um material de primeira escolha para aplicações de alta carga em ambientes corrosivos.

Os aços inoxidáveis duplex tem uma estrutura mista de austenita  e  ferrita  e como  resultado tem características desses tipos básicos.

Esses aços têm umamicroestrutura  duplex  que  é  aproximadamente  50%  ferrítica  e  50%  austenítica,  o  que  limita  a  trabalhos  em  alta  e  baixa  temperatura  (-20 °C  a  250 °C)  .  Uma composição típica do tipo 2205, tem 22% de cromo, 5% de níquel e 3% molibdênio com pequena adição de nitrogênio.

 Os aços duplex são endurecíveis por tratamento térmico, mas são mais duros que os aços ferríticos e austeníticos na condição recozida e tem limite de escoamento médio e torno de 450 MPa. Como os aços ferríticos são magnéticos, mas tem uma boa conformabilidade e soldabilidade dos aços austeníticos.  (Entretanto são necessários maiores esforço naconformação devido a sua maior resistência).  Estes aços podem ser utilizadosem projeto com secções mais finas que os aços austeníticos, mas sua grande vantagem é sua maior resistência a corrosão sob tensão.  O molibdênio é normalmente adicionado para aumentar a resistência a corrosão galvânica e por pite.

Principais benefícios

  • Corrosão sob tensão
  • Maior resistência ao ataque de íon cloreto
  • Maior resistência à tração e escoamento do que os aços austeníticos e ferríticos
  • Boa soldabilidade e formabilidade

Aplicações

  • Linhas de tubulação (pipeline) nas indústrias de óleo e gás
  • Linhas de dessalinização
  • Tanques para produtos químicos
  • Vasos de pressão na indústria de papel e celulose
  • Trocadores de calor
  • Como aços estruturais, em pontes e edifícios,etc

Principais acabamentos

 Em função das aplicações mais industriais utiliza-se os acabamento laminado a quente (no.1) e laminado a frio 2D e 2B.


Como o material aquece e esfria tão rapidamente, o arranjo, ou estrutura cristalina, dos átomos dentro do material muda rapidamente e é difícil de definir, disse Zhang. Sem entender o que está acontecendo com a estrutura cristalina do aço à medida que é impressa, os pesquisadores lutaram por anos para imprimir em 3D 17-4 PH, em que a estrutura cristalina deve ser perfeita – um tipo chamado martensita – para o material exibir. suas propriedades altamente procuradas. 

Os autores do novo estudo tiveram como objetivo esclarecer o que acontece durante as rápidas mudanças de temperatura e encontrar uma maneira de conduzir a estrutura interna em direção à martensita. 

Assim como uma câmera de alta velocidade é necessária para ver as asas batendo de um beija-flor, os pesquisadores precisavam de equipamentos especiais para observar mudanças rápidas na estrutura que ocorrem em milissegundos. Eles encontraram a ferramenta certa para o trabalho de difração de raios X síncrotron, ou DRX. 

“No XRD, os raios X interagem com um material e formarão um sinal que é como uma impressão digital correspondente à estrutura cristalina específica do material”, disse Lianyi Chen, professora de engenharia mecânica da UW-Madison e coautora do estudo.

No Advanced Photon Source (APS), uma poderosa fonte de luz no Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia, os autores quebraram raios-X de alta energia em amostras de aço durante a impressão. 

Os autores mapearam como a estrutura do cristal mudou ao longo de uma impressão, revelando como certos fatores sobre os quais eles tinham controle – como a composição do metal em pó – influenciaram o processo por toda parte. 

Embora o ferro seja o principal componente do aço 17-4 PH, a composição da liga pode conter quantidades diferentes de até uma dúzia de elementos químicos diferentes. Os autores, agora equipados com uma imagem clara da dinâmica estrutural durante a impressão como guia, foram capazes de ajustar a composição do aço para encontrar um conjunto de composições incluindo apenas ferro, níquel, cobre, nióbio e cromo que truque. 

“O controle de composição é realmente a chave para as ligas de impressão 3D. Ao controlar a composição, podemos controlar como ela se solidifica. Também mostramos que, em uma ampla faixa de taxas de resfriamento, digamos entre 1.000 e 10 milhões de graus Celsius por segundo, nossas composições resultam consistentemente em aço 17-4 PH totalmente martensítico”, disse Zhang. 

Como bônus, algumas composições resultaram na formação de nanopartículas indutoras de resistência que, com o método tradicional, exigem que o aço seja resfriado e depois reaquecido. Em outras palavras, a impressão 3D pode permitir que os fabricantes pulem uma etapa que requer equipamentos especiais, tempo adicional e custo de produção. 

Testes mecânicos mostraram que o aço impresso em 3D, com sua estrutura de martensita e nanopartículas indutoras de resistência, correspondia à resistência do aço produzido por meios convencionais. 

O novo estudo pode fazer um respingo além do aço 17-4 PH também. Não apenas a abordagem baseada em XRD pode ser usada para otimizar outras ligas para impressão 3D, mas as informações que ela revela podem ser úteis para construir e testar modelos de computador destinados a prever a qualidade das peças impressas. 

“Nosso 17-4 é confiável e reprodutível, o que reduz a barreira para uso comercial. Se seguirem essa composição, os fabricantes poderão imprimir de 17 a 4 estruturas que são tão boas quanto as peças fabricadas convencionalmente”, disse Chen. 

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