BR112017009373B1

BR112017009373B1 - Processos para produção de ligas, e, ligas

Info

Publication number: BR112017009373B1
Application number: BR112017009373-1A
Authority: BR
Inventors: Kleber A. Sernik
Original assignee: Companhia Brasileira De Metalurgia E Mineração
Priority date: 2014-11-05
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2021-08-03
Also published as: WO2016110740A3; US9771634B2; CN107109542B; PE20171034A1; ZA201802178B; EP3215646B1; US11124861B2; US20170121792A1; CA2960576C; AU2015376067A1; SG10201901222TA; WO2016110740A8; ZA201701793B; ES2751656T3; BR112017009373A2; SG11201702084WA; CN109913651A; EP3215646A2; MX2017005902A; CA2960576A1

Abstract

processos para a produção de ligas à base de níquel contendo nióbio mais cromo e cromo essencialmente livre de nitreto, com baixo teor de nitrogênio, incluem taxas de elementos ou compostos que não dissolvem quantidades apreciáveis de nitrogênio no estado fundido a um cadinho refratário em um forno de fusão de indução a vácuo, fundindo os referidos elementos ou compostos sob pressão reduzida, e realizando nucleação de bolha à base de carbono heterogênea de uma forma controlada. os processos incluem, após a cessação da formação de espuma, a adição de cromo contendo baixo teor de nitrogênio ou uma liga principal contendo cromo de baixo teor de nitrogênio com um teor de nitrogênio inferior a 10 ppm para o material fundido, o qual funde e distribuindo os referidos cromo ou liga principal que contém cromo adicionados ao longo da massa de fundição, trazendo a massa de fundição combinada resultante a uma temperatura e pressão para permitir escoamento circundante, e batendo a massa fundida resultante, direta ou indiretamente, a um molde metálico e permitindo que o material fundido solidifique e arrefeça sob pressão reduzida.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente U.S. n° 14/533.843, depositado em 5 de novembro de 2014, o teor do qual está incorporado a este documento, por referência, em sua totalidade.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO 1. Campo da Invenção

[002] A presente invenção refere-se a processos para a produção de ligas de cromo essencialmente livre de nitreto com baixo teor de nitrogênio e à base de cromo mais níquel contendo nióbio e ligas de cromo e à base de níquel resultantes.

2. Descrição do Estado da Técnica Relacionada

[003] A vida útil de peças metálicas de rotação em motores de aeronave é tipicamente determinada pela fissura de fadiga. Neste processo, as fissuras são iniciadas em determinados locais de nucleação no interior do metal e propagam-se a uma velocidade relacionada com as características do material e a tensão à qual o componente é submetido. Isso, por sua vez, limita o número de ciclos que a peça irá suportar durante sua vida útil.

[004] As técnicas de produção de fusão limpa desenvolvidas por ligas principais têm aumentado a eliminação substancial de inclusões de óxidos em tais ligas a uma extensão que, atualmente, as fissuras de fadiga são originadas principalmente de características estruturais, por exemplo, nos limites de grão ou aglomerados de precipitados primários, tais como carbonetos e nitretos.

[005] Verificou-se que as partículas de nitreto primárias formadas durante a solidificação da liga 718 (ver especificações de liga 718 (AMS 5662 e 6A API 718), que são aqui incorporadas por referência) - que é uma das principais ligas utilizadas na produção de peças de rotação de motores de aeronaves e para os equipamentos de perfuração e de produção de petróleo e gás -- são TiN puro (nitreto de titânio) e que a precipitação de Nb primário --TiC(carboneto de nióbio-titânio) ocorre por nucleação heterogênea sobre a superfície as partículas de TiN, aumentando assim o tamanho da partícula precipitada. O tamanho de partícula pode ser diminuído de duas maneiras: ou através da redução do teor de carbono, tanto quanto possível, ou através da redução do teor de nitrogênio.

[006] Muitas especificações comerciais para ligas principais, aço inoxidável e outros aços especiais, estabelecem o conteúdo mínimo de carbono, geralmente a fim de evitar que o limite de grão seja ultrapassado na temperatura de serviço. Como consequência, o único meio prático para diminuir o tamanho das partículas de composição é reduzir o teor de nitrogênio no material o mais amplamente possível. Dessa forma, na medida em que os nitretos precipitam primeiro, a remoção de nitrogênio substitui a importância da remoção de carbono.

[007] No entanto, uma vez que a precipitação de nitreto é suprimida, o teor de carbono do líquido pode também ser diminuído, devido ao fato de que nenhum carbono será consumido por precipitação em torno da partícula de nitreto. Isto levará a uma melhoria em eventuais diferenças de densidades entre o líquido interdendrítico na frente de solidificação e o líquido a granel. Como consequência, um menor grau de segregação pode ser obtido que facilita a produção de lingotes maiores do que os padrões atuais da indústria, apesar de todas as propriedades serem cumpridas e os critérios de desempenho esperados em uso.

[008] Além disso, o desenvolvimento deste tipo de material fornece vantagens substanciais na produção de um único cristal de ligas principais à base de níquel. Um dos principais problemas com a tecnologia é o de evitar o efeito deletério da precipitação de nitretos de titânio, uma vez que essas partículas se tornam núcleos heterogêneos para os dendritos que atuam como frentes de solidificação adicionais. Isso criaria limites, evitando assim que a moldagem tenha uma estrutura homogênea. Em Solidificação e Precipitação em IN718, A. Mitchell e T. Wang, ligas principais 718. 625.706 e várias derivações, editado pela EA Loria, TMS (Os Minerais, Metais e Sociedade de Materiais), 2001, relata-se que, se matéria-prima livre de nitreto pudesse ser obtida, isto permitiria dobrar a taxa de solidificação vis-a-vis a solidificação taxa utilizada para produzir a mesma peça com material convencional.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[009] A presente invenção fornece processos para a fabricação de ligas em que a precipitação de nitretos durante a sua solidificação pode ser essencialmente eliminada. Este resultado é obtido pelo processo de fusão de duas etapas da presente invenção.

[0010] Na primeira etapa, os elementos ou compostos ou ligas desses elementos que não se dissolvem quantidades apreciáveis de nitrogênio, por exemplo, cobalto, níquel, ferro, molibdênio, tungstênio, cobre, rênio, níquel cobalto, molibdênio de ferro, cobalto de ferro, tungstênio de ferro, níquel de ferro e semelhantes, são carregados em um cadinho refratário dentro de um forno de indução a vácuo e nele fundidos. Depois que fusão é concluída, uma nucleação de bolha heterogênea ou fervura de carbono controlada e vigorosa é efetuada de modo a remover a maior parte do nitrogênio residual realizada na massa fundida por esses elementos ou compostos. A fervura de carbono é iniciada pela adição de carbono de uma maneira controlada ao material fundido, a fim de minimizar a seleção de carbono, o que poderia levar à formação de carboneto de metal sólido. A ação de ebulição promove enxaguar ou esfregar do líquido derretido através de agitação resultante na difusão de nitrogênio para a interface de gás/líquido e a absorção do nitrogênio nas bolhas, que sobem para a superfície do material fundido e são removidas sob pressão reduzida mantida dentro do forno. Para ilustrar a fervura de carbono e a sua eficácia na remoção de nitrogênio, uma composição típica de liga 718 contém ferro, níquel e molibdênio que, em conjunto, compreendem geralmente cerca de 76%, em peso da liga e que, em conjunto, contribuem para cerca de 20 ppm de nitrogênio para a carga. Por conseguinte, isto iria adicionar cerca de 15 ppm de nitrogênio para a composição da liga final. No entanto, empregando a técnica de fervura de carbono, o nitrogênio de 15 ppm pode ser reduzido a um intervalo de cerca de 0 a cerca de 2 ppm de nitrogênio na composição da liga final.

[0011] Conforme o oxigênio no sistema torna-se empobrecido, a fervura de carbono diminui e é finalmente concluída. Uma vez que a fervura de carbono é completada, os restantes elementos ou compostos necessários para o fabrico de ligas principais, aço inoxidável e outros aços da especialidade, por exemplo, nióbio de cromo, titânio, matéria-prima de alumínio e semelhantes, podem ser adicionados à massa fundida. Considerando-se que estes elementos ou compostos dos mesmos, especialmente o cromo e o nióbio, dissolvem grandes quantidades de nitrogênio, tipicamente entre cerca de 150 e 200 ppm, as matérias-primas atualmente disponíveis são totalmente inadequadas para a obtenção de ligas principais à base de níquel contendo cromo com baixo teor de nitrogênio, desde que a soma do teor de cromo e o nióbio em especificações típicas de ligas à base de níquel é de cerca de 15%, e geralmente cerca de 24% para 718 liga, em particular. Portanto, o cromo e as matérias-primas portadoras de nióbio têm de ser produzidos de uma maneira que não permita que o nitrogênio presente na atmosfera contamine a fase de metal durante o fabrico, porque uma vez que o nitrogênio for absorvido, será extremamente difícil e caro para remover. O objetivo da obtenção de liga de cromo essencialmente livre de nitreto com baixo teor de nitrogênio e à base de cromo mais níquel contendo nióbio pode ser conseguido, no entanto, por adição de cromo e nióbio como uma ligas principal de baixo teor de nitrogênio obtida através de uma reação metalotérmica conduzida sob pressão reduzida, em que o ar é primeiro removido por um sistema de evacuação, a mistura é inflamada e a redução, a solidificação e o arrefecimento do material são efetuados sob pressão reduzida, resultando em uma liga principal de cromo e nióbio que contém menos do que 10 ppm de nitrogênio.

[0012] A fusão por feixe de elétrons é um processo bem conhecido para a produção de ligas à base de níquel de baixo teor de nitrogênio; no entanto, é muito caro e extremamente lento quando comparado com o forno de fusão de estado-da-técnica de indução a vácuo cuja produtividade é pelo menos uma ordem de magnitude maior. Por exemplo, a produtividade do processo de fusão por feixe de elétrons é de cerca de 100 quilogramas por hora; considerando que, a produtividade de um forno de fusão de indução a vácuo é de cerca de 3 a 5 toneladas métricas por hora.

[0013] A presente invenção permite a produção fiável de ligas de cromo essencialmente livre de nitreto com baixo teor de nitrogênio e à base de cromo mais níquel contendo nióbio por uma via de fusão de indução a vácuo.

[0014] Os processos da presente invenção compreendem primeiro carregar elementos ou compostos de tais elementos com baixa solubilidade em nitrogênio para um forno de fusão de indução a vácuo e fusão da carga no mesmo. Depois que fusão de carga estiver completa, uma fonte de carbono é introduzida na massa fundida, criando uma fervura vigorosa durante s qual o nitrogênio dissolvido no metal líquido é absorvido pelas bolhas de óxido de carbono (CO/CO2) formadas por ebulição e retiradas da massa fundida pela ação de depuração ou de enxaguamento efetuadas pelas bolhas ascendentes. Esta primeira sequência do processo é necessária para a obtenção de produtos intermediários contendo baixo teor de nitrogênio, isto é, produtos com nitrogênio inferior a 10 ppm; no entanto, a primeira sequência em si é insuficiente para assegurar a obtenção de um produto essencialmente livre de nitreto. Por conseguinte, após a oxigênio no sistema ser empobrecido (ambos nitrogênio e oxigênio são absorvidos pelas bolhas) e a ação de ebulição cessar, os materiais com uma elevada solubilidade em nitrogênio, por exemplo, o cromo e o nióbio, podem ser carregados para o material fundido. A fim de se obter uma liga essencialmente livre de nitreto, as matérias-primas de mancal de cromo e de nióbio são produzidas pela primeira vez como uma liga principal por redução dos seus óxidos ou outros compostos redutíveis, em um processo inteiramente realizado sob pressão reduzida, compreendendo a inflamação de reação metalotérmica e solidificação e arrefecimento a uma temperatura suficientemente baixa para manuseamento seguro, tudo sob pressão reduzida.

[0015] A presente invenção também fornece ligas principais à base de níquel contendo crómio, tais como as ligas 718, 625, 925, 600, 720 e semelhantes, obtidas a partir de ligas principais contendo cromo ou como metálico de baixo teor de nitrogênio, produzidas sob pressão reduzida e o processo de fervura de carbono descrito acima, as referidas ligas principais à base de níquel, contendo cromo possuindo um teor de nitrogênio inferior a 10 ppm. A presente invenção fornece também os aços inoxidáveis produzidos pelo mesmo processo com conteúdo de nitrogênio inferior a 10 ppm. Ao empregar a sequência de duas etapas descrita acima, estes materiais podem ser produzidos de forma fiável, essencialmente livres de nitretos.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0016] A FIG. 1 é uma fotomicrografia de uma porção da amostra em corte transversal, obtida no Exemplo 1 em ampliação de 100 vezes; A FIG. 2 é uma fotomicrografia de uma porção da amostra em corte transversal, obtida no Exemplo 1 em ampliação de 250 vezes; A FIG. 3 é uma fotomicrografia de uma porção da amostra em corte transversal, obtida no Exemplo 1 em ampliação de 500 vezes; A FIG. 4 é uma fotomicrografia de uma porção da amostra em corte transversal, obtida no Exemplo 1 em ampliação de 3000 vezes em que as partículas brancas são carbonetos (Nb, Ti) C; e A FIG. 5 é o espectro resultante da análise espectral feita por microscópio eletrônico de varredura equipado com EDS no Exemplo 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERENCIAIS

[0017] As modalidades da presente invenção fornecem processos para a produção de ligas principais à base de níquel, essencialmente livres de nitreto de aços inoxidáveis, com baixo teor de nitrogênio por meio de aplicação de carga a elementos ou compostos dos mesmos, com baixa solubilidade em nitrogênio para um forno de fusão de indução a vácuo da carga de fusão do mesmo; efetuar uma ação de ebulição de carbono forte no metal líquido após o colapso completo do responsável; adicionar metais com alta solubilidade em nitrogênio como os subsídios fervura; os referidos metais com elevada solubilidade em nitrogênio tendo sido produzidos pela primeira vez por a redução dos seus óxidos ou outros compostos redutíveis sob pressão reduzida compreendendo inflamação de reação, redução metalotérmica, solidificação e arrefecimento a uma temperatura suficientemente baixa para manuseamento seguro, tudo sob pressão reduzida.

[0018] Inicialmente, os elementos ou compostos com baixa afinidade para nitrogênio são carregados a um cadinho refratário de forno de fusão de indução rodeado por um escudo metálico de vácuo cuja cobertura é adaptada para se sentar em sua base comprimir um anel de vedação neste espaço. O invólucro está ligado a uma porta de evacuação ligada a um sistema de bomba de vácuo que pode iniciar a remoção da atmosfera do seu interior, assim que o equipamento estiver fechado. Quando a pressão for inferior a 10 Pa (0,1 mbar), o aparelho é ligado para aquecer e derreter a carga sob a pressão reduzida.

[0019] Após a carga tornar-se fundida e a temperatura da massa fundida for acima de cerca de 1400°C, uma fonte de carbono, seja na forma de partículas ou sob a forma de uma barra, tubo, cilindro ou semelhante, é introduzida de forma controlada à carga em fusão através do sistema de carregamento do forno. Quando o carbono entrar em contato com a carga fundida, uma reação entre o oxigênio dissolvido na carga fundida e o carbono adicionado irá acontecer. O carbono é adicionado gradualmente e de forma controlada até que a fervura diminua naturalmente, devido à eliminação do oxigênio dissolvido a partir do líquido derretido.

[0020] No processo de formação de espuma e a evolução, o nitrogênio e o oxigênio ficam aprisionados nas bolhas. Estas bolhas sobem para a superfície da massa líquida fundida e são removidas a partir da massa fundida sob pressão reduzida no sistema. A temperatura é mantida o mais constante quanto possível, uma vez que pode influenciar na remoção de nitrogênio, interferindo com o processo de dessorção de nitrogênio.

[0021] Depois da fervura se apagar, o carregamento das matérias- primas restantes, isto é, a ligas principal de cromo e nióbio de baixo teor de nitrogênio produzida pelo processo descrito no Pedido de Co-patente U.S. Ser. No. 14/533,741, depositado concorrentemente com este em 5 de novembro de 2014, cuja divulgação está incorporada na sua totalidade com isto, é iniciado sem demora. Esse processo compreende as etapas de: (i) desgaseificação a vácuo de uma mistura de térmite compreendendo compostos de metais e pós de redução metálica contidos dentro de um recipiente a vácuo, (ii) inflamação da mistura de térmite para efetuar a redução dos compostos de metal de dentro do recipiente sob pressão reduzida, ou seja, abaixo de 100 KPa (1 bar); e (iii) a realização de toda a reação de redução no referido recipiente sob pressão reduzida, incluindo a solidificação e arrefecimento, para produzir uma ligas principal final com um teor de nitrogênio inferior a 10 ppm.

[0022] De preferência, a mistura de térmite compreende: a) óxidos de cromo ou de outros compostos de cromo tais como ácido crômico e semelhante, que podem ser reduzidos para produzir o cromo metálico e ligas de baixo teor de nitrogênio contendo cromo; b) pelo menos um agente, tal como o alumínio, o silício, o magnésio e similares, de preferência em forma de pó redutor; c), pelo menos, um reforço de energia, tal como um sal, por exemplo, NaClO3, KQO4, KCKh e semelhantes, e/ou um peróxido tal como CaO2 e semelhantes, para fornecer temperaturas suficientemente elevadas dentro da massa fundida para garantir uma boa fusão e separação de metal e escória.

[0023] O processo inclui, opcionalmente, redução metalotérmica de óxidos de cromo ou de outros compostos de cromo tais como ácido crômico e semelhantes, para produzir o metal ou a redução de óxidos de cromo ou de outros compostos de cromo, juntamente com outros elementos, tais como níquel, ferro, cobalto, boro, carbono, silício, alumínio, titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo, molibdênio, tungstênio, rênio, cobre e misturas destes, na sua forma metálica ou como seus compostos capazes de redução metalotérmica.

[0024] Preferencialmente, o agente redutor da mistura proposto pode ser de alumínio, de magnésio, de silício e semelhantes; de preferência, o alumínio é empregado na forma de pó.

[0025] A reação de térmite é transportada carregando a mistura para um recipiente a vácuo de cerâmica ou metálicos, de preferência, forrado com material refratário. O recipiente é colocado no interior, uma câmara a vácuo arrefecida a água de um modo preferido, uma câmara metálica, ligado a um sistema a vácuo. O sistema a vácuo remove o ar no interior do recipiente até que o sistema atinge uma pressão de preferência inferior a 100 Pa (1 mbar).

[0026] Depois de atingir a condição de pressão reduzida, de preferência inferior a 100 Pa (1 mbar) para assegurar a remoção da atmosfera contendo nitrogênio, a pressão dentro do sistema pode ser aumentada usando um gás não nitrogenado, tal como um gás inerte, por exemplo, árgon ou oxigênio e semelhantes, a uma pressão de até cerca de 20 KPa (200 mbar), para facilitar a remoção dos sub-produtos formados durante a reação de térmite. Uma vez que a mistura de térmite é inflamada, o aumento da pressão com a evolução de gases que se formam durante a reação, e, conforme os produtos de reação se solidificam e arrefecem, o volume dos gases que se formam como um resultado da reação se contrai e a pressão diminui, mas é sempre abaixo de 100 Pa (1 mbar). Deste modo, o processo de redução é realizado sob pressão reduzida durante um período de tempo compatível com a carga de peso, tipicamente alguns minutos. O processo resulta na formação de uma liga principal contendo cromo ou cromo metálico, contendo teor de nitrogênio abaixo de 10 ppm. Isto é muito importante uma vez que existem amplas provas da dificuldade notável para remover nitrogênio, uma vez que está presente no metal de cromo ou ligas contendo cromo, mesmo recorrendo a técnicas muito mais caras, tais como o processo de fusão por feixe de elétrons.

[0027] A massa fundida resultante obtida pelo processo de duas etapas descrito acima é permitida solidificar e arrefecer a uma temperatura suficientemente baixa para permitir um manuseamento seguro sob a mesma atmosfera de pressão reduzida, de modo a evitar a absorção de nitrogênio nestes estágios finais. É considerado crítico no alcance de metais de conteúdo de baixo teor de nitrogênio e ligas de modalidades da presente invenção o fato de que todo o processo, desde a pré-inflamação, inflamação, solidificação e arrefecimento ser realizado sob pressão reduzida, tal como aqui descrito.

[0028] Preferencialmente, os metais ou ligas principais produzidos irão conter menos do que 5 ppm de teor de nitrogênio por peso. Mais preferencialmente, os metais ou ligas principais produzidos irão conter menos do que cerca de 2 ppm de teor de nitrogênio em peso, e mais preferencialmente, 0 ppm de teor de nitrogênio.

[0029] Uma vez que a carga liga principal é efetuada, a temperatura e a pressão são ajustadas para o valor desejado, quaisquer elementos facilmente vaporizáveis menores, por exemplo, magnésio e semelhantes, em seguida, podem ser adicionados, se necessário ou desejado, e a resultante liga de líquido fundido no cadinho pode então ser aproveitada para uma bacia de vazamento ou branquear e transportada para um molde metálico ou pode ser explorada diretamente para dentro do molde metálico de acordo com a configuração do forno.

[0030] Em alternativa, o líquido derretido pode ser escoado no final da fervura de carbono e deixado solidificar e arrefecer em um molde metálico, após o qual será carregado de novo no mesmo tipo de forno, fundido e reaquecido a aproximadamente a mesma temperatura que era quando anteriormente escoado. Depois de reaquecido até à fase de líquido derretido, o processo pode ser realizado da maneira descrita acima, carregar o restante das matérias-primas, ou seja, a liga principal de cromo nióbio e/ou de cromo com baixo teor de nitrogênio, para o líquido derretido, ajustar a temperatura e a pressão aos valores desejados, adicionando quaisquer elementos menores, geralmente, os elementos facilmente vaporizáveis como pode ser desejado, e pondo em um molde metálico, seja diretamente ou através de um funil ou canal. Em ambos os casos, uma vez no molde, o líquido metálico é deixado solidificar e arrefecer a uma temperatura suficientemente baixa para manuseamento seguro, sob pressão reduzida, isto é, menos de 100 Pa (1 mbar).

Exemplos

[0031] Os exemplos seguintes foram conduzidos para determinar a eficácia de modalidades da presente invenção na obtenção de ligas à base de níquel contendo nióbio mais cromo e cromo essencialmente livre de nitreto, com um baixo teor de nitrogênio.

Exemplo 1

[0032] Uma carga original constituída por elementos de baixa solubilidade de nitrogênio: 38,70 kg de níquel, 13,5 kg de ferro, e 2,30 kg de molibdênio foi carregada em um cadinho de óxido alumínio/óxido de magnésio situado dentro de um forno de fusão de indução a vácuo. A pressão dentro do sistema foi evacuada para um valor inferior a 10 Pa (0,1 mbar) e a energia foi ligada. Após a carga ter sido completamente fundida, a temperatura foi elevada para 1450°C. Uma fervura de carbono foi iniciada por adição de 20 gramas de grafite puro para o metal fundido. Após a fervura ter diminuído, a temperatura da carga fundida foi aumentada para 1534°C. E escoado para um molde em que o mesmo foi deixado a solidificar e arrefecer até que pudesse ser manuseado com segurança.

[0033] Em separado, óxido de crómio, alumínio em pó, em conjunto com KClO4 foram misturados dentro de um recipiente a vácuo para formar uma mistura de térmite. A mistura de térmite foi desgaseificada a vácuo até que o sistema atingiu uma pressão abaixo de 100 Pa (1 mbar). A pressão dentro do sistema foi então aumentada para 20 KPa (200 mbar) por introdução de árgon. A mistura térmite foi, em seguida, inflamada e a reação de redução resultante foi deixada continuar durante vários minutos, formando cromo metálico, que foi deixado solidificar e arrefecer sob a mesma pressão reduzida até que a mistura resultante fosse segura de manusear. O metal cromo resultante continha menos de 10 ppm de teor de nitrogênio.

[0034] Do mesmo modo, uma liga principal de nióbio e cromo foi preparada por mistura de óxido de cromo, óxido de nióbio, alumínio em pó, e KClO4 em um recipiente a vácuo, como acima, para a forma de uma mistura de térmite. A mistura de térmite foi inflamada, solidificada e arrefecida sob pressão reduzida para se obter uma liga de cromo de nióbio com menos de 10 ppm de teor de nitrogênio.

[0035] 41,4 kg de carga original foi então carregado para um cadinho de óxido de alumínio/óxido de magnésio em um forno de indução a vácuo. O sistema foi então evacuado até uma pressão inferior a 10 Pa (0,1 mbar) e a energia ligada. Depois de derreter completamente, 9,8 kg de liga de cromo com baixo teor de nitrogênio e 4,8 kg de liga de nióbio e cromo com baixo teor de nitrogênio, produzidos tal como acima descrito, foram adicionados à fusão. Após fusão completa dos materiais de baixo teor de nitrogênio adicionados, a temperatura foi elevada para 1510°C e 0,56 kg de titânio foi adicionado à massa fundida. Em seguida, 0,40 kg de liga de níquel de magnésio (15% de Mg) foi adicionado à massa fundida e após fusão completa, a temperatura da massa fundida foi ajustada para o alvo de 1460°C. E a massa fundida foi aproveitada em um molde de lingote. O lingote foi deixado solidificar e arrefecer até que fosse seguro de manusear. Em seguida, o lingote foi novamente fundido em um forno de arco de refusão a vácuo, deixado homogeneizar e depois forjado em 3 vezes em uma barra de 7,62 cm (3 polegadas). Uma vez que a barra estava segura para manusear, uma amostra em corte transversal foi feita a 300 mm a partir da parte inferior da barra, polida e colocada dentro de um microscópio eletrônico de varrimento (Zeiss, Modelo LEO Gemini 1550) equipado com um espectrômetro de energia dispersiva resultando no espectro mostrado na FIG. 5, que estabelece claramente que a liga principal obtida de acordo com este exemplo é essencialmente livre de nitreto (1,1 ppm N2 (média de 3 amostras)).

Exemplo 2

[0036] Do mesmo modo como descrito no Exemplo 1, uma carga inicial consistindo em 38,7 kg de níquel, 13,5 kg de ferro e 2,30 kg de molibdénio foi carregada para um cadinho de óxido de alumínio/óxido de magnésio, situado dentro de um forno de fusão de indução a vácuo. A pressão dentro do sistema foi evacuada para uma pressão inferior a 10 Pa (0,1 mbar) e então a energia foi ligada. Depois de derreter completamente, a temperatura foi elevada para 1460°C. Uma fervura de carbono foi iniciada por adição de 20 gramas de grafite puro para uma mistura de metal fundido. Após a fervura ter diminuído, a temperatura da carga fundida foi aumentada para 1495°C. E escoado para um molde em que o mesmo foi deixado a solidificar e arrefecer até que pudesse ser manuseado com segurança.

[0037] Em separado, óxido de cromo, o alumínio em pó, e KCIO4 foram misturados dentro de um recipiente a vácuo, conforme aqui descrito, para formar uma mistura de térmite. A mistura de térmite foi desgaseificada a vácuo até que o sistema atingiu uma pressão abaixo de 100 Pa (1 mbar), em seguida, a pressão do sistema foi aumentada entre 10-20 KPa (100-200 mbar) por introdução de árgon. A mistura térmite foi inflamada e a reação de redução resultante foi deixada continuar durante vários minutos, formando cromo metálico, que foi deixado solidificar e arrefecer até que ao metal resultante fosse seguro de manusear. O metal cromo resultante continha menos de 10 ppm de teor de nitrogênio.

[0038] Do mesmo modo, uma liga principal de nióbio e cromo foi preparada por mistura de óxido de cromo, óxido de nióbio, alumínio em pó, e KClO4 em um recipiente a vácuo, como acima, para a forma de uma mistura de térmite. A mistura de térmite foi inflamada, solidificada e arrefecida sob pressão reduzida para se obter uma liga de cromo de nióbio com menos de 10 ppm de teor de nitrogênio.

[0039] 40,3 kg da carga original, juntamente com 0,40 quilogramas de níquel e 0,30 kg de ferro foram carregados em um cadinho de óxido de alumínio/óxido de magnésio em um forno de fusão de indução a vácuo. O sistema foi então evacuado até uma pressão inferior a 10 Pa (0,1 mbar) e a energia foi ligada. Depois de derreter completamente, 9,7 kg de liga de cromo com baixo teor de nitrogênio e 4,5 kg de liga de nióbio e cromo com baixo teor de nitrogênio, produzidos tal como acima descrito, foram adicionados à fusão. Após fusão completa dos materiais de baixo teor de nitrogênio adicionados, a temperatura foi elevada para 1460°C e 0,57 kg de titânio e 0,10 kg de alumínio foram adicionados à massa fundida. Em seguida, 0,40 kg de liga de níquel de magnésio (15% de Mg) foi adicionado à massa fundida de todos os materiais adicionados, a temperatura da massa fundida foi ajustada para o alvo de 1460°C. E a massa fundida foi aproveitada para um molde de lingote, deixada solidificar e arrefecer até que fosse segura de manusear. Em seguida, o lingote foi refundido em um forno de arco de vácuo refusão, permitido a homogeneizar em um forno de reaquecimento e, em seguida, forjado 3 vezes em uma barra de 7,62 cm (3 polegadas). Tal como no Exemplo 1, as amostras foram tomadas a partir da barra, polidas e analisadas com o mesmo microscópio eletrônico de varrimento equipado com um espectrômetro de energia dispersiva, como empregado no Exemplo 1. Foi descoberto que a amostra contém 0,8 ppm de nitrogênio (média de duas amostras). Uma vez que o limite de solubilidade de nitrato de titânio em liga de 718 ppm em 5, conclui-se que a liga principal produzida neste Exemplo é essencialmente livre de nitreto.

[0040] Numerosas variações dos parâmetros de modalidades da presente invenção serão evidentes para os peritos na técnica e podem ser empregadas enquanto ainda obtêm os benefícios da mesma. Ressalta-se, assim, que a presente invenção não está limitada às modalidades particulares descritas nela.

Claims

1. Processos para produção de ligas à base de níquel contendo cromo mais nióbio ou cromo essencialmente livre de nitreto contendo nitrogênio abaixo de 10 ppm, caracterizadopelo fato de que compreende: a) carregar elementos ou compostos de elementos que não se dissolvem em quantidades apreciáveis de nitrogênio no estado fundido a um cadinho refratário dentro de um forno de indução a vácuo e de fusão, os referidos elementos ou compostos aqui sob pressão reduzida; b) realizar a nucleação de bolha à base de carbono heterogênea de maneira controlada, efetuando desse modo a remoção de pelo menos parte de nitrogênio e oxigênio da massa fundida; c) após a cessação da formação de bolhas, acrescentar cromo ou liga principal contendo cromo com um teor de nitrogênio inferior a 10 ppm à massa fundida, os referidos cromo ou liga contendo cromo tendo sido preparados por: i) desgaseificar a vácuo uma mistura térmite que compreende compostos de cromo e agentes redutores metálicos, contidos dentro de um recipiente a vácuo capaz de suportar uma reação de térmite a uma pressão inicial menor do que 100 Pa (1 mbar); ii) inflamar a mistura de térmite para efetuar a redução dos compostos de cromo no interior do referido recipiente; iii) solidificar os produtos da reação; e iv) arrefecer os produtos de reação a cerca de temperatura ambiente, em que as etapas de inflamar, solidificar e arrefecer são conduzidas sob uma pressão inferior a 100 KPa (1 bar); d) fundir e distribuir dito cromo ou liga principal contendo cromo adicionado em toda a massa fundida; e) trazer a massa fundida combinada a uma temperatura e pressão em volta para permitir escoamento; e f) escoar a massa fundida resultante, diretamente ou indiretamente, para um molde metálico e permitir que a massa fundida se solidifique e arrefeça sob pressão reduzida.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente redutor utilizado no processo ao qual o cromo ou ligas que contêm cromo foram previamente submetidos é o alumínio.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a mistura de térmite empregada no processo a que o cromo ou ligas que contêm cromo foram previamente submetidos compreende adicionalmente pelo menos um impulsionador de energia.

4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a mistura de térmite contém, adicionalmente, um elemento selecionado dentre o grupo que consiste em níquel, ferro, cobalto, boro, carbono, silício, alumínio, titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo, molibdênio, tungstênio, rênio, cobre e mistura(s) da mesma na sua forma metálica ou como seus compostos capazes de redução metalotérmica.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que após a desgaseificação a vácuo e antes da inflamação, a pressão dentro da câmara a vácuo é aumentada até 20 KPa (200 mbar) por introdução de um gás não nitrogenado.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que arrefecer os produtos de reação inclui arrefecer os produtos de reação até a temperatura ambiente a uma pressão inferior a 100 KPa (1 bar).

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que fundir ditos elementos ou compostos inclui fundir ditos elementos ou compostos sob uma pressão reduzida inferior a 10 Pa (0,1 mbar).

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizadopelo fato de o cromo ou liga principal contendo cromo é um cromo com baixo teor de nitrogênio ou uma liga principal contendo cromo com baixo teor de nitrogênio, com um teor de nitrogênio inferior a 5 ppm.

9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de o cromo ou liga principal contendo cromo é um cromo com baixo teor de nitrogênio ou uma liga principal contendo cromo com baixo teor de nitrogênio, com um teor de nitrogênio inferior a 10 ppm.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de compreender adicionalmente encher novamente o recipiente com um gás inerte a uma pressão entre 10-20 KPa (100 a 200 mbar) após desgaseificar a vácuo e antes de inflamar.

11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que inflamar e solidificar são conduzidos sob uma pressão de até 20 KPa (200 mbar).

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que inflamar e solidificar são conduzidos sob uma pressão de 20 KPa (200 mbar).

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que inflamar e solidificar são conduzidos sob uma pressão entre 10-20 KPa (100 a 200 mbar).

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que fundir e distribuir dito cromo ou liga principal contendo cromo em toda a massa fundida inclui fundir e distribuir dito cromo ou liga principal contendo cromo sob uma pressão reduzida.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que desgaseificar a vácuo uma mistura térmite inclui desgaseificar a vácuo uma mistura térmite sob uma pressão inicial inferior a 100 Pa (1 mbar).

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que as ligas produzidas à base de níquel contendo cromo mais nióbio ou cromo contêm menos de 5 ppm de nitrogênio.

17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que as ligas produzidas à base de níquel contendo cromo mais nióbio ou cromo com baixo teor de nitrogênio contêm menos de 10 ppm de nitrogênio.

18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que a nucleação de bolha à base de carbono heterogênea da massa fundida resultante é realizada pela injeção controlada de grafite.

19. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que a liga resultante é novamente fundida em um forno de arco de refusão a vácuo, e então forjada em uma forma desejada.

20. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizado pelo fato de que a nucleação de bolha à base de carbono é realizada pela inserção controlada de carbono na forma de um membro selecionado do grupo consistindo de carbono na forma de partículas, forma de uma barra, tubo ou cilindro e combinações das mesmas.

21. Ligas à base de níquel contendo nióbio mais cromo e cromo essencialmente livre de nitreto de baixo teor de nitrogênio, caracterizadas pelo fato de que foram produzidas pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, contendo teor de nitrogênio menor do que 2 ppm.

22. Ligas à base de níquel contendo nióbio mais cromo e cromo essencialmente livre de nitreto de baixo teor de nitrogênio de acordo com a reivindicação 21, caracterizadas pelo fato de que contêm essencialmente nenhum nitrogênio detectável.

23. Liga 718 produzida pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizadapelo fato de que contém teor de nitrogênio menor do que 2 ppm.

24. Liga 718 de acordo com a reivindicação 23, caracterizada pelo fato de que contém essencialmente nenhum nitrogênio detectável.

25. Liga contendo cromo adicionalmente contendo um ou mais elementos selecionados a partir do grupo que consiste em níquel, ferro, cobalto, boro, carbono, silício, alumínio, titânio, zircônio, háfnio, vanádio, nióbio, tântalo, molibdênio, tungstênio, rênio, cobre e misturas dos mesmos, caracterizadapelo fato de que contém um teor de nitrogênio menor do que 2 ppm, preparada pelo processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20.