Alloy 214, 2.4646, UNS N07214, Haynes® 214 - liga de níquel

Alloy 214, 2.4646, NiCr16Al, UNS N07214 - liga de níquel

Alloy 214, 2.4646, Haynes® 214 – descrição

A liga 214 é uma liga de Ni-Cr-Al-Fe que oferece a maior resistência à oxidação em temperaturas acima de 950 °C entre todas as ligas à base de níquel ou cobalto.

Até 900 °C, a liga 214 apresenta resistência à oxidação semelhante às outras ligas de níquel e cobalto com maior resistência ao calor. No entanto, acima de 950 °C, enquanto a maioria das ligas se torna mais suscetível, a liga 214 fica ainda mais resistente. A causa é o alto teor de crómio e alumínio com a presença de ítrio. O crómio presente na maioria das ligas melhora a resistência à oxidação abaixo de 950 °C, mas acima dessa temperatura, o revestimento protetor que forma começa a dissolver-se. A liga 214, graças ao alto teor de alumínio, forma acima de 950 °C uma camada protetora muito mais dura de óxidos de alumínio. O ítrio, por sua vez, melhora a sua adesão e evita a fragmentação. Tudo isso resulta numa resistência à oxidação incomparável acima de 950 °C.

O alto teor de alumínio tem suas desvantagens - na faixa de temperatura de 540-950 °C, a liga é dura e não muito dúctil devido à precipitação de fases intermetálicas gama prime (Ni₃Al). Isso é particularmente evidente a 700-760 °C, quando o alongamento cai para 15%!

Aplicações

Usada principalmente em ambientes oxidantes acima de 955 °C.

Haynes® 214, liga 214 - propriedades físicas e mecânicas

Propriedades físicas à temperatura ambiente:

• Densidade: 8,05 g/cm³
• Capacidade térmica específica: 452 J/kg⋅K
• Condutividade térmica: 12 W/m⋅K
• Coeficiente de expansão linear: 13,3 μm/m⋅K
• Módulo de Young: 218 GPa
• Temperatura de fusão: 1355-1400 °C

Coeficiente de expansão térmica a alta temperatura:

• 20-200 °C: 13,3 μm/m⋅K
• 20-300 °C: 13,6 μm/m⋅K
• 20-400 °C: 14,1 μm/m⋅K
• 20-500 °C: 14,6 μm/m⋅K
• 20-600 °C: 15,2 μm/m⋅K
• 20-700 °C: 15,8 μm/m⋅K
• 20-800 °C: 16,6 μm/m⋅K
• 20-900 °C: 17,6 μm/m⋅K
• 20-1000 °C: 18,6 μm/m⋅K
• 20-1100 °C: 17,79 μm/m⋅K

Capacidade térmica específica a alta temperatura:

• 20 °C: 452 J/kg⋅K
• 200 °C: 493 J/kg⋅K
• 400 °C: 538 J/kg⋅K
• 600 °C: 611 J/kg⋅K
• 800 °C: 705 J/kg⋅K
• 900 °C: 728 J/kg⋅K
• 1000 °C: 742 J/kg⋅K
• 1100 °C: 749 J/kg⋅K
• 1200 °C: 753 J/kg⋅K

Condutividade térmica a altas temperaturas:

• 20 °C: 12,0 W/m · K
• 200 °C: 14,2 W/m · K
• 400 °C: 18,4 W/m · K
• 600 °C: 23,9 W/m · K
• 800 °C: 29,7 W/m · K
• 900 °C: 31,4 W/m · K
• 1000 °C: 32,7 W/m · K
• 1100 °C: 34,0 W/m · K
• 1200 °C: 36,7 W/m · K

Resistividade elétrica a alta temperatura:

• 20 °C: 1,359 μΩ·m
• 200 °C: 1,369 μΩ·m
• 400 °C: 1,377 μΩ·m
• 600 °C: 1,368 μΩ·m
• 800 °C: 1,382 μΩ·m
• 900 °C: 1,249 μΩ·m
• 1000 °C: 1,216 μΩ·m
• 1050 °C: 1,209 μΩ·m
• 1100 °C: 1,210 μΩ·m
• 1150 °C: 1,219 μΩ·m
• 1200 °C: 1,229 μΩ·m

Módulo de elasticidade dinâmico a alta temperatura:

• 20 °C: 218 GPa
• 200 °C: 204 GPa
• 400 °C: 190 GPa
• 600 °C: 177 GPa
• 800 °C: 162 GPa
• 900 °C: 151 GPa
• 1000 °C: 137 GPa

Propriedades de tração das chapas laminadas a frio Haynes® 214:

• Temperatura ambiente
  • Limite de escoamento: 605 MPa
  • Resistência à tração: 995 MPa
  • Alongamento: 36,8 %
• 540 °C:
  • Limite de escoamento: 545 MPa
  • Resistência à tração: 865 MPa
  • Alongamento: 40,4 %
• 650 °C:
  • Limite de escoamento: 565 MPa
  • Resistência à tração: 815 MPa
  • Alongamento: 25,5 %
• 760 °C:
  • Limite de escoamento: 645 MPa
  • Resistência à tração: 705 MPa
  • Alongamento: 16,3 %
• 870 °C:
  • Limite de escoamento: 310 MPa
  • Resistência à tração: 400 MPa
  • Alongamento: 15,4 %
• 980 °C:
  • Limite de escoamento: 54 MPa
  • Resistência à tração: 105 MPa
  • Alongamento: 61,3 %
• 1095 °C:
  • Limite de escoamento: 27 MPa
  • Resistência à tração: 58 MPa
  • Alongamento: 61 %
• 1150 °C:
  • Limite de escoamento: 12 MPa
  • Resistência à tração: 32 MPa
  • Alongamento: 89,2 %
• 1205 °C:
  • Limite de escoamento: 9 MPa
  • Resistência à tração: 30 MPa
  • Alongamento: 74,8 %

Propriedades de tração das chapas laminadas a quente Haynes® 214:

• Temperatura ambiente
  • Limite de escoamento: 565 MPa
  • Resistência à tração: 960 MPa
  • Alongamento: 42,8 %
• 540 °C:
  • Limite de escoamento: 495 MPa
  • Resistência à tração: 825 MPa
  • Alongamento: 47,8 %
• 650 °C:
  • Limite de escoamento: 525 MPa
  • Resistência à tração: 790 MPa
  • Alongamento: 33 %
• 760 °C:
  • Limite de escoamento: 505 MPa
  • Resistência à tração: 670 MPa
  • Alongamento: 23,1 %
• 870 °C:
  • Limite de escoamento: 345 MPa
  • Resistência à tração: 460 MPa
  • Alongamento: 33,6 %
• 980 °C:
  • Limite de escoamento: 58 MPa
  • Resistência à tração: 115 MPa
  • Alongamento: 86,4 %
• 1095 °C:
  • Limite de escoamento: 29 MPa
  • Resistência à tração: 62 MPa
  • Alongamento: 88,6 %
• 1150 °C:
  • Limite de escoamento: 14 MPa
  • Resistência à tração: 46 MPa
  • Alongamento: 99,4 %
• 1205 °C:
  • Limite de escoamento: 10 MPa
  • Resistência à tração: 34 MPa
  • Alongamento: 91,5 %

Observe a deterioração da ductilidade a aproximadamente 760 °C.

Resistência à ruptura por tensão:

• 760 °C, 100 h: 235 MPa
• 760 °C, 1000 h: 165 MPa
• 760 °C, 10 000 h: 115 MPa
• 815 °C, 100 h: 145 MPa
• 815 °C, 1000 h: 100 MPa
• 815 °C, 10 000 h: 69 MPa
• 870 °C, 100 h: 91 MPa
• 870 °C, 1000 h: 54 MPa
• 870 °C, 10 000 h: 31 MPa
• 925 °C, 100 h: 45 MPa
• 925 °C, 1000 h: 27 MPa
• 925 °C, 10 000 h: 16 MPa
• 980 °C, 100 h: 17 MPa
• 980 °C, 1000 h: 12 MPa
• 980 °C, 10 000 h: 8,3 MPa
• 1040 °C, 100 h: 14 MPa
• 1040 °C, 1000 h: 8,3 MPa
• 1040 °C, 10 000 h: 5,2 MPa
• 1095 °C, 100 h: 9,7 MPa
• 1095 °C, 1000 h: 6,3 MPa
• 1095 °C, 10 000 h: 4,1 MPa
• 1150 °C, 100 h: 6,9 MPa
• 1150 °C, 1000 h: 4,7 MPa
• 1150 °C, 10 000 h: 3 MPa
• 1200 °C, 100 h: 5,3 MPa
• 1200 °C, 1000 h: 3,4 MPa
• 1200 °C, 10 000 h: 2,3 MPa

Resistência à ruptura por deformação de 0,5% da chapa Haynes® 214:

• 760 °C, 100 h: 179 MPa
• 760 °C, 1000 h: 121 MPa
• 760 °C, 10 000 h: 77 MPa
• 815 °C, 100 h: 103 MPa
• 815 °C, 1000 h: 61 MPa
• 870 °C, 100 h: 52 MPa
• 870 °C, 1000 h: 31 MPa
• 925 °C, 100 h: 26 MPa
• 925 °C, 1000 h: 14 MPa
• 980 °C, 100 h: 8,3 MPa
• 980 °C, 1000 h: 5,2 MPa
• 1040 °C, 100 h: 5,1 MPa
• 1040 °C, 1000 h: 3,3 MPa
• 1095 °C, 100 h: 3,8 MPa
• 1095 °C, 1000 h: 2,2 MPa
• 1150 °C, 100 h: 2,4 MPa

Comportamento à corrosão

Oxidação a alta temperatura - resistência superior de todas as ligas forjadas. Em temperaturas acima de 955 °C, a liga 214 produz uma camada protetora de Al₂O₃ extremamente resistente ao oxigénio, uma propriedade exclusiva desta liga. Abaixo de 955 °C, a liga desenvolve uma camada um pouco menos protetora, que é uma mistura de óxidos de cromo e alumínio.

Resultados do teste de oxidação estática prolongada de 1008h:

• 980 °C:
  • Perda de metal: 0,0025 mm
  • Média de metal afetado: 0,005 mm
• 1095 °C:
  • Perda de metal: 0,0025 mm
  • Média de metal afetado: 0,0025 mm
• 1150 °C:
  • Perda de metal: 0,005 mm
  • Média de metal afetado: 0,0075 mm
• 1205 °C:
  • Perda de metal: 0,005 mm
  • Média de metal afetado: 0,018 mm

A liga tem uma resistência muito alta à oxidação cíclica, com ciclos de aquecimento e arrefecimento que representam melhor as condições reais nas fábricas de processamento. Com base nos testes, extrapola-se que, em ar em fluxo a 1095 °C em ciclos de 25 horas, a taxa de corrosão é de 0,2 mm/ano. Para ciclos de 168 horas, a taxa é de 0,025 mm/ano.

Resistência à oxidação dinâmica em resultados de testes com fluxo de gás de combustão de alta velocidade (as amostras foram submetidas a ciclos a menos de 260 °C uma vez a cada 30 minutos):

• 500h, 1090 °C:
  • Perda de metal: 0,013 mm
  • Métal afetado médio: 0,046 mm
• 1000h, 980 °C
  • Perda de metal: 0,01 mm
  • Média de metal afetado: 0,031 mm

Resultados do teste de campo em um forno a gás natural. O teste durou 113 dias a 1090-1230 °C com ciclos frequentes a 540 °C:

• Perda de metal: 0,013 mm
• Máximo de metal afetado: 0,11 mm

Resultados do teste de campo num tubo a gás natural a 1010 °C durante 3000h:

• Perda de metal: 0,003 mm
• Máximo de metal afetado: 0,025 mm
• Taxa de oxidação: 0,076 mm

Observe que a liga 214 foi significativamente melhor do que todas as outras ligas testadas em todos os testes de oxidação mencionados acima.

Carburização a alta temperatura - resistência superior. O teste 24 em Ar-5H₂-5CO-5CH₄ a 1090 °C mostrou baixa absorção de carbono de apenas 3,4 mg/cm². Este foi o melhor resultado de todas as ligas que participaram no estudo. Na verdade, a segunda melhor performance, a liga 600, absorveu 3 vezes mais carbono do que a liga 214.

Nitretação a alta temperatura - boa resistência a temperaturas abaixo de 950 °C e excelente resistência a temperaturas acima de 950 °C, desde que haja uma pequena quantidade de agentes oxidantes que possam causar a formação de uma camada protetora de óxido de alumínio.

Isso é confirmado pela comparação dos resultados dos testes a seguir. Em cada um deles, a liga 214 foi exposta a amoníaco por 168 horas. Observe o efeito benéfico das temperaturas mais altas:

• 650 °C
  • Absorção de azoto: 1,5 mg/cm²
  • Profundidade de penetração do nitreto: 0,04 mm
• 980 °C
  • Absorção de azoto: 0,3 mg/cm²
  • Profundidade de penetração do nitreto: 0,04 mm
• 1090 °C
  • Absorção de azoto: 0,2 mg/cm²
  • Profundidade de penetração do nitreto: 0,02 mm

Halogenação - excelente resistência, quando agentes oxidantes e temperaturas muito altas permitem que a liga produza uma camada protetora de óxido.

Profundidade total de ataque em Ar-20O₂-0,25Cl₂ após 400 horas de teste:

• 700 °C: 0,010 mm
• 800 °C: 0,061 mm
• 850 °C: 0,066 mm
• 900 °C: 0,150 mm
• 1000 °C: 0,051 mm

Soldabilidade

A liga 214 forma precipitados de fase gama prime (Ni₃Al), que endurecem a liga. A tensão causada pela soldagem combinada com a deformação mecânica causada pela precipitação pode causar rachaduras. Siga as boas práticas a seguir.

• O metal base deve ser recozido em solução e rapidamente resfriado
• Minimize a entrada de calor e a restrição
• Mantenha a superfície limpa
• Mantenha a temperatura entre as passagens em no máximo 84 °C

Pode ser necessário um recozimento pós-soldagem, dependendo da espessura e complexidade da peça. Se as peças forem utilizadas em temperaturas abaixo de 950 °C, recomenda-se o recozimento pós-soldagem. O procedimento: aqueça a 1000-1100 °C por 5 minutos e, em seguida, arrefeça ao ar ou em água.

Seleção de consumíveis de soldagem:

• Hastelloy® X (eletrodo); Haynes® 230-W, Hastelloy® S, Hastelloy® W (metal de adição)
• União com aço com 0-9% de Ni: Haynes® 556 (metal de adição)

Tratamento térmico, trabalho e usinagem

Parâmetros recomendados para trabalho e tratamento térmico:

• Trabalho a quente: 1200-980 °C
• Recozimento suave: 1065-1120 °C

Procedimento de trabalho a quente - durante o aquecimento, se a peça tiver secções transversais grandes e pequenas, equilibre-a a cerca de 870 °C. Os melhores resultados globais parecem ser alcançados trabalhando a partir de uma temperatura do forno próxima de 1150 °C. Interrompa a operação quando a peça atingir 980 °C. Realize um recozimento suave.

A liga 214 pode ser trabalhada a frio, embora seja necessário um recozimento suave subsequente. O trabalho a frio promove a ductilidade a altas temperaturas.

Procedimento de recozimento suave - todas as peças trabalhadas a frio ou a quente devem ser recozidas e arrefecidas rapidamente para restaurar o melhor equilíbrio de propriedades. Se o trabalho a quente ainda não estiver totalmente concluído, a peça pode arrefecer ao ar até à temperatura ambiente após o recozimento.

Propriedades ideais de fluência e ruptura por tensão podem ser alcançadas aumentando a temperatura de tratamento e aumentando a temperatura e o escopo do trabalho a quente. Isso leva, no entanto, à redução da ductilidade na faixa de temperatura intermediária de 650-950 °C e aumenta a tendência de ocorrência de trincas por envelhecimento por deformação durante a soldagem.

A soldabilidade ideal pode ser alcançada diminuindo as temperaturas de tratamento e de trabalho, bem como o âmbito do trabalho. O arrefecimento rápido após o tratamento é substancial.

É de esperar um aumento da dureza à temperatura ambiente, da resistência e da dificuldade de maquinagem quando um produto é submetido a alívio de tensão a temperaturas inferiores a 1065 °C ou arrefecido lentamente. É o resultado da precipitação gama prime.

Nós fornecemos essa liga de aço em tiras, placas e chapas.