BRPI0115149B1 - “Processo para têmpera rápida de uma seção grande de uma liga endurecível por precipitação” - Google Patents

Abstract

"processo para têmpera rápida e aperfeiçoada de ligas capazes de serem enrijecidas por precipitação de seção grande". seções grandes de ligas capazes de serem enrijecidas por precipitação, recozidas, que são resistentes ao craqueamento interno e ainda completamente enrijecíveis podem ser produzidas se, durante a têmpera rápida, a temperatura da seção for deixada estabilizar imediatamente acima da temperatura de dissolução da liga, antes da seção ser rapidamente temperada. preferivelmente, a temperatura da seção e deixada estabilizar uma segunda vez, desta vez a uma temperatura elevada, não tão alta que possam ocorrer alterações significativas de fase, antes da seção ser resfriada para temperatura ambiente.

Description

PROCESSO PARA TÊMPERA RÁPIDA DE DMA SEÇÃO GRANDE DE DMA LIGA ENDURECÍVEL POR PRECIPITAÇÃO

Antecedentes Campo da Invenção A presente invenção se refere a um novo processo para têmpera rápida de seções grandes de ligas endureciveis por precipitação.

Antecedentes Uma liga endurecivel por precipitação (ou "endurecível por envelhecimento") é uma liga que, quando aquecida a uma temperatura abaixo de sua temperatura solvus, sofre nucleação e desenvolve um precipitado dos componentes da liga. O endurecimento por precipitação causa um aumento claro no endurecimento da liga, bem como melhora benéfica de outras combinações de propriedade da liga, incluindo, por exemplo, resistência, ductibilidade e condutividade elétrica.

Industrialmente, o endurecimento por precipitação é realizado por aquecimento da liga a uma faixa de temperatura estreita grosseiramente entre a temperatura solvus e a temperatura ambiente por meia a 2 0 horas. As temperaturas de endurecimento por precipitação que aproximam-se da temperatura solvus são geralmente evitadas, uma vez que é dificil controlar-se os resultados nestas temperaturas maiores e a natureza dos precipitados altera-se significativamente. É também evitado o endurecimento por precipitação em temperatura de endurecimento inferior à minima praticável, na qual o endurecimento por precipitação é muito lento para ser comercialmente praticável. 0 endurecimento por precipitação não ocorrerá normalmente, a menos que os ingredientes da liga sejam distribuídos de forma positiva e uniforme na massa da liga. Portanto, as ligas endurecíveispor precipitação são normalmente submetidas a uma ou mais etapas de tratamento por aquecimento e/ou processamento de forja, antes do endurecimento por precipitação, para reduzir a segregação grossa e/ou micro dos elementos que inerentemente ocorre quando as ligas fundidas solidificam-se e para refino da microestrutura. Exemplos de tais etapas de processamento incluem homogeneização, solubilização, trabalho a quente e trabalho a frio.

Na homogeneização, a liga é aquecida a uma temperatura abaixo, porém relativamente próxima à temperatura solidus por um período de tempo tal como de 4 a 12 horas, por exemplo, e então temperada. A homogeneização é normalmente feita no começo do regime de processamento, normalmente, como a primeira etapa de processamento após a liga ser fundida. Como resultado da homogeneização, os elementos de soluto da liga tendem a dissolver na matriz da liga, desta forma obtendo uma distribuição mais próxima da uniforme dos ingredientes. A têmpera após homogeneização pode ser rápida ou lenta e é mais tipicamente realizada por resfriamento do ar. A solubilização é semelhante à homogeneização pelo que o lingote é também aquecido próximo, porém abaixo de sua temperatura solidificação. Contudo, a solubilização normalmente pressupõe que a liga já inicie com uma distribuição de elementos uniforme, com o aquecimento sendo feito meramente para dissolver os elementos que podem ter sofrido segregação curta durante o resfriamento a partir do trabalho de aquecimento anterior ou etapa de tratamento por aquecimento. Adicionalmente, os tempos de aquecimento são geralmente significativamente menores do que a homogeneização convencional, da ordem de alguns minutos a várias horas ou mais. 0 tamanho da seção, que é o tamanho da massa de metal ou a seção sendo aquecida, também desempenha um papel nos tempos de aquecimento devido as limitações de condutividade térmica. A solubilização também apresenta conotação de que a liga é rapidamente temperada a uma temperatura ou próximo à temperatura ambiente para sua condição de endurecimento mais baixa. "Têmpera rápida" significa que a temperatura da liga através de toda sua massa é reduzida tão rapidamente quanto possível em uma base comercialmente praticável. Geralmente, a têmpera rápida é feita por imersão em água, embora as outras técnicas possam ser usadas, tais como, contato com um óleo, gás de resfriamento ou outro material. A têmpera rápida "congela" os ingredientes dissolvidos no lugar, desta forma prevenindo a formação de outras fases que possam ocorrer se o resfriamento for mais lento.

No trabalho a quente ou a frio, a liga é submetida a uma deformação mecânica uniforme para romper mecanicamente os grãos de cristal maiores em tamanhos menores. 0 trabalho a quente é normalmente realizado entre as temperatura solvus e solidus da liga, desta forma permitindo a recristalização dos componentes de liga em grãos menores mediante resfriamento. 0 trabalho a frio é normalmente realizado em temperatura ambiente e, em qualquer caso, abaixo das temperaturas de endurecimento por precipitação. 0 trabalho a frio pode ser seguido por solubilização, enquanto também promove a recristalização dos ingredientes da liga em grãos menores.

As ligas endurecíveispor precipitação, solubilizadas, na forma de seções grandes são difíceis de serem produzidas de forma confiável e consistente. Neste contexto, "seção" significa uma massa de liga que foi ou não previamente trabalhada para alterar seu tamanho ou forma. Em alguns casos, a liga não é completamente endurecível conforme refletido por resistência insuficiente e/ou endurecimento, quando a liga é endurecida por precipitação. Em outros casos, a massa da liga sofre trincamento interno durante o tratamento por aquecimento ou distorção durante usinagem subsequente e/ou uso. Dependendo a liga específica envolvida, estes problemas são observados nas seções cujo calibre mínimo (dimensão de espessura mínima) é tão pequeno quanto de 7,62 cm. Em outras ligas, estes problemas não são observados, até o calibre mínimo da seção ser de 20,32 cm ou mais. Assim, uma seção "grande" da liga endurecível por precipitação no contexto deste caso significa uma seção cujo calibre mínimo é grande o suficiente, de modo que, após a solubilização convencional usando uma têmpera de imersão de água, um ou mais dos problemas acima são observados.

Sumário da Invenção De acordo com a presente invenção, foi descoberto que seções grandes das ligas endurecíveispor precipitação, solubilizadas que são resistentes ao trincamento interno e distorção, ainda completamente endurecíveispodem ser produzidas se, durante a têmpera da liga, a temperatura da seção for deixada estabilizar imediatamente acima da temperatura solvus antes da seção ser rapidamente temperada. Preferivelmente, a temperatura da seção é deixada estabilizar uma segunda vez, ao final da têmpera rápida, antes da seção ser resfriada para a temperatura ambiente.

Assim, a presente invenção fornece um novo processo para têmpera de uma liga endurecível por precipitação, na qual a liga é resfriada de uma temperatura de solubilização abaixo, para uma temperatura de têmpera final, o processo compreendendo deixar a temperatura da liga estabilizar a uma primeira temperatura de estabilização, imediatamente acima da temperatura solvus da liga, antes da liga ser rapidamente temperada. Preferivelmente, a temperatura da liga é também deixada estabilizar uma segunda vez, a uma segunda temperatura de estabilização maior do que a temperatura de têmpera final ainda não tão alta que qualquer fase significante ou alteração de endurecimento ocorra na liga, antes do resfriamento para a temperatura de têmpera final.

Além disto, a presente invenção também fornece novos produtos, seções grandes de ligas endurecíveispor precipitação que são completamente endurecíveise ainda possuem uma tendência ao trincamento interno e distorção, as seções da liga sendo feitas por processo de tratamento com aquecimento, onde a temperatura da seção é deixada estabilizar imediatamente acima da temperatura solvus da liga antes da têmpera rápida.

Breve Descrição dos Desenhos A presente invenção pode ser facilmente entendida com referência aos desenhos que se seguem, onde: A Figura 1 é uma representação esquemática ilustrando a superfície e as temperaturas internas de uma liga endurecível por precipitação, de seção grande, sendo rapidamente temperada de acordo com um esquema de saturação da presente invenção;

As Figuras 2 e 3 são representações esquemáticas semelhantes â figura 1 ilustrando as temperaturas de superfície e interna das ligas endurecíveispor precipitação, de seção grande, sendo rapidamente temperadas de acordo com outros esquemas de têmpera da presente invenção.

Descrição Detalhada A presente invenção se refere a um novo processo para têmpera rápida das seções grandes de ligas endurecíveispor precipitação e as seções de liga assim fabricadas. Têmpera Rápida Conforme indicado acima, a têmpera rápida de ligas endurecíveispor precipitação é normalmente efetuada após a solubilização para congelar os elementos solutos no lugar. A têmpera rápida pode também ser feita após homogeneização, tipicamente onde nenhuma solubilização está envolvida. A têmpera rápida pode também ser feita após endurecimento por precipitação.

Em todos os casos, a têmpera rápida é realizada de acordo com a presente invenção em uma maneira modificada, onde a temperatura da liga é deixada estabilizar ou equilibrar imediatamente acima de sua temperatura solvus antes da liga ser rapidamente temperada para sua temperatura de têmpera final. Em uma montagem preferida, a temperatura da liga é deixada estabilizar uma segunda vez, desta vez em uma segunda temperatura de estabilização que está acima da temperatura de têmpera final, porém em ou abaixo de uma temperatura de imobilização onde nenhuma alteração de fase ocorre como uma matéria prática. De acordo com a presente invenção, foi verificado que esta abordagem minimiza a formação de rachaduras internas e distorções no produto solubilizado (ou homogeneizado), desta forma permitindo que seções de rachadura maior e isentas de distorção de ligas endurecíveispor precipitação sejam tornadas possíveis usando tecnologia de têmpera convencional.

Embora não desejando estar ligado a qualquer teoria, acredita-se que o trincamento interno e distorção sejam reduzidos de acordo com a presente invenção, devido a queda de temperatura para aquela na qual a seção da liga é colocada durante a têmpera rápida ser menor do que na prática convencional. Especificamente, acredita-se que o trincamento interno das seções grandes de liga seja desencadeado pelo diferencial de temperatura entre o interior e a superfície da seção durante a têmpera rápida. Em razão da condutividade térmica moderada da maior parte das ligas endurecíveispor precipitação, o interior da seção permanece mais quente do que sua superfície durante a têmpera rápida. Como resultado, a porção de superfície da seção racha mais rápido do que seu interior. Isto, por sua vez, estabelece tensões internas na seção, com a parte de superfície da seção estando sob tração e o interior estando sob compressão. 0 efeito na rede é que a seção está propensa à rachadura e/ou distorção, como um meio de liberação destas tensões.

De acordo com a presente invenção, estas tensões internas são reduzidas devido a temperatura da liga ser deixada estabilizar em ou próximo a sua temperatura solvus antes da têmpera rápida. Portanto, a queda de temperatura a qual a seção é colocada durante a têmpera rápida é inferior do que de outra forma seria o caso. Por exemplo, começando a têmpera rápida da Liga C72700 (Cu9Ni-6Sn) ligeiramente acima de sua temperatura solvus (740°C), ao invés de ou acima de 815°C, de acordo com a prática normal, elimina-se 78°C de diferencial de temperatura encontrado pela seção durante a têmpera rápida convencional e, consequentemente, cerca de 7 a 8% da tensão interna ajustada pela operação de têmpera. 0 efeito na rede é a tendência da seção a rachar ou de outra forma distorção ser reduzida.

Na montagem preferida da invenção, a temperatura da seção da liga é deixada estabilizar ou equilibrar uma segunda vez, desta vez em uma segunda temperatura de estabilização que é maior do que a temperatura de têmpera final, porém em ou abaixo de uma "temperatura de imobilização" na qual nenhuma fase ou alteração de endurecimento ocorre como uma matéria prática. Geralmente, a segunda temperatura de estabilização estará dentro de cerca de 93,3°C, mais tipicamente cerca de 65,5°C e mesmo cerca de 37,7°C, abaixo da temperatura na qual o endurecimento por precipitação da liga ocorre na prática comercial. As razões de difusão dos componentes de liga diminui marcantemente com a diminuição da temperatura. Na realidade, uma norma metalúrgica é que as razões de difusão diminuem em cerca de 1/2 a cada 10 °C de aumento na temperatura. Portanto, o tempo eficaz necessário para obter qualquer reação duplica a cada 10 °C de diminuição na temperatura. Isto significa que, essencialmente nenhuma alteração de fase adversa ocorrerá durante a segunda etapa de estabilização, mesmo se realizada em temperaturas tão baixas quanto 37,7°C abaixo da temperatura de endurecimento por precipitação comercial, uma vez que o tempo que se leva para esta estabilização ainda é comparativamente curto. Naturalmente, a segunda etapa de estabilização pode ser realizada em temperaturas mais baixas, tais como, 176,6°C, 148,8°C ou mesmo 121,1°C, embora nenhuma vantagem específica seja obtida seguindo-se esta abordagem.

Como resultado da estabilização da temperatura da liga na segunda temperatura de estabilização, é obtida uma diminuição adicional na queda da temperatura a qual a seção da liga é submetida durante a têmpera rápida. Por exemplo, o término da temperatura rápida da Liga C72700 em uma temperatura de imobilização de 357°C ao invés de uma temperatura de têmpera final de cerca de 38°C, de acordo com a prática normal, elimina cerca de 320°C de diferencial de temperatura encontrado pela seção de liga durante a têmpera rápida convencional. Isto, por sua vez, elimina um adicional de 30% da tensão interna em potencial devida à têmpera. O efeito na rede é uma redução total de quase 40% na tensão interna em potencial devido à têmpera, o que, por sua vez, conduz a uma diminuição significativa na tendência da seção da liga de rachar e/ou distorcer durante a fabricação e uso.

De modo a obter uma liga plenamente endurecível, a têmpera rápida é realizada de acordo com a presente invenção, no máximo, se não em toda a faixa de temperatura onde as fases não desejadas podem se formar (a "zona sensível a temperatura"). Portanto, a vantagem plena da têmpera rápida - congelamento dos componentes de liga no lugar, sem deixar que fases indesejadas sejam formadas -ainda ocorre completamente ou pelo menos substancial e completamente.

Assim, a presente invenção tem como a base que o trincamento interno e distorção que ocorrem quando seções grandes de ligas endurecíveispor precipitação são solubilizadas deriva-se da tensão térmica colocada na seção durante a têmpera rápida convencional. Além disto, a presente invenção também tem como base o reconhecimento adicional de que esta tensão térmica pode ser considerada como sendo derivada de três componentes - um primeiro componente atribuível ao resfriamento da temperatura de solubilização em relação a temperatura solvus, um segundo componente atribuível ao resfriamento da temperatura solvus para uma temperatura de imobilização onde não ocorre nenhuma alteração de fase como uma matéria prática e um terceiro componente atribuível ao resfriamento da temperatura de imobilização em relação a temperatura de têmpera final. Para impedir a formação de fases de liga indesejáveis, a liga deve ser temperada rapidamente através do segundo incremento de resfriamento (temperatura solvus para temperatura de imobilização) , uma vez que esta é a zona sensível a temperatura onde as alterações de fase indesejadas podem ocorrer. Fora esta faixa, contudo, alterações de fase indesejadas não correm como uma matéria prática. Portanto, a têmpera rápida é preferivelmente restrita de acordo com a presente invenção, apenas a esta faixa sensível a temperatura, com as medidas sendo tomadas para permitir que a temperatura do lingote estabilize imediatamente acima e, preferivelmente, imediatamente abaixo desta faixa de temperatura. Como resultado, os primeiro e terceiro componentes da tensão térmica associada à prática convencional foram efetivamente eliminados pela presente invenção. 0 resultado é que seções maiores de ligas plenamente endurecidas por precipitação podem ser produzidas, sem as características de trincamento interno e distorção da tecnologia anterior. A presente invenção pode ser mais prontamente entendida com referência à Figura 1 que é uma representação esquemática da superfície e temperaturas internas de uma liga endurecível por precipitação de seção grande, sendo rapidamente temperada de acordo com a presente invenção como uma função do tempo. Linhas cheias nesta Figura representam a temperatura da superfície, enquanto linhas pontilhadas representam a temperatura interna.

Conforme mostrado nesta Figura, a liga sendo processada como todas as outras ligas endurecíveispor precipitação possui uma temperatura de líquido única, TLIq, acima da qual á liga é totalmente fundida e a temperatura de solidificação única, Tsolidificação/ abaixo da qual a liga é completamente sólida. Em conjunto, estas temperaturas definem uma faixa de fusão, MR na Figura 1, onde o líquido e o sólido existem em conjunto. A liga pode ter uma temperatura solvus, Tsoivus/ acima da qual os ingredientes nas ligas tendem a dissolver-se uniformemente entre si, porém abaixo da qual os ingredientes tendem a separar-se em fases diferentes. A liga também define uma faixa de temperatura estreita onde a liga pode ser endurecida por precipitação sob condições comercialmente razoáveis, esta faixa de temperatura sendo indicada como PHR na Figura 1. Além disso, a liga também define uma temperatura de imobilização, TIMObilidade/ que é alta o bastante de modo que as alterações de fase indesejáveis ocorrerão se a liga for mantida nesta temperatura por um período de tempo prolongado, tal como, dez horas por exemplo, porém não tão alta que as alterações de fase indesejadas ocorram em qualquer grau significante, em relação ao tempo que se leva para estabilização da temperatura, de acordo com a invenção, tipicamente de meia a 1 hora ou mais.

Na tecnologia de solubilização convencional, a liga é aquecida da temperatura ambiente a uma temperatura de solubilização que é normalmente ligeiramente abaixo da temperatura de solidificação da liga. A liga é então mantida nesta temperatura por um período de tempo apropriado, tal como meia a 1 hora ou mais, desta forma permitindo que quaisquer elementos que tenham sido segregados durante as etapas de processamento anteriores sejam redissolvidos. Então a liga é rapidamente temperada para temperatura ambiente, tal como por imersão em água ou semelhante. Isto é ilustrado na Figura 1, que mostra a liga sendo aquecida ao longo do segmento da linha 12 para uma faixa de temperatura de solubilização SR onde ela é mantida por um período de tempo apropriado (linha 14) e então rapidamente temperada para temperatura ambiente ao longo das linhas 16/18.

Contudo, de acordo com a presente invenção, a liga é resfriada durante a têmpera em uma maneira modificada, onde a temperatura da liga é deixada estabilizar em uma primeira temperatura de estabilização, ligeiramente acima da temperatura solvus da liga e, preferivelmente, então, em uma segunda temperatura de estabilização, que está acima da temperatura de têmpera final, porém em ou abaixo da temperatura de imobilização, onde não ocorre nenhuma alteração de fase significante como uma matéria prática.

Na montagem específica ilustrada na Figura 1, a seção de liga é retirada do forno de recozimento e imediatamente colocada em um forno de manutenção mantido na primeira temperatura de estabilização, TEStab-i, ligeiramente acima da temperatura solvus da liga, Tsoivug. Como resultado, a temperatura de superfície da seção cai ao longo do segmento de linha 16 para a primeira temperatura de estabilização essencialmente de forma imediata. 0 interior da seção, contudo, resfria mais lentamente ao longo do segmento de linha 22, até alcançar também a primeira temperatura de estabilização.

Então a seção é imersa em um banho de sal fundido, mantido na temperatura de imobilização da liga, Timobilização, que, conforme mostrado na Figura 1, está pouco abaixo da temperatura de endurecimento por precipitação mínima praticável - isto é, o limite inferior de PHR. Como resultado, a superfície da seção resfria imediatamente ao longo do segmento de linha 24 para a segunda temperatura de estabilização, que, neste caso, é a mesma que a temperatura de imobilização. Neste meio tempo, o interior da seção resfria mais lentamente ao longo do segmento da linha 26, até também alcançar a segunda temperatura de estabilização.

Neste momento, a seção é imersa em outro meio de resfriamento, tal como, água, onde é deixada até a têmpera estar completa. Conforme mostrado na Figura 1, durante este período, a superfície da seção resfria para a temperatura ambiente ao longo do segmento de linha 28, enquanto o interior resfria para temperatura ambiente ao longo do segmento de linha 30.

De acordo com a presente invenção, foi verificado que o trincamento interno e a deformação plástica das seções de liga grande, durante a fabricação, bem como a distorção de tais seções grandes durante o uso podem ser significativamente reduzidos ou eliminados por proceder-se desta maneira. A tensão interna aplicada sobre uma seção sendo resfriada, é tida como proporcional à diferença entre as temperaturas interna e externa da seção. Esta diferença é representada na Figura 1 pela distância vertical entre a temperatura interna e externa da seção. Por exemplo, esta diferença é representada pela distância vertical entre o segmento de linha 22 e o segmento de linha 32, durante a primeira etapa de resfriamento da invenção, pela distância vertical entre o segmento de linha 26 e 36, durante a segunda etapa de resfriamento da invenção e a distância vertical entre o segmento de linha 30 e 39 na terceira etapa de resfriamento da invenção. Na têmpera convencional, contudo, esta diferença é representada pela diferença vertical entre o segmento de linha 22 e a temperatura ambiente, uma distância muito maior. Portanto, será apreciado que, realizando-se a têmpera rápida em etapas, conforme descrito acima, muito menos tensão interna é fornecida à seção como um todo, desta forma resultando em uma redução concomitante no trincamento, fluxo plástico e deformação do produto final. A Figura 2 ilustra outra montagem da invenção, na qual a seção é rapidamente temperada por imersão em água. Nesta montagem, a seção é estabilizada na primeira temperatura de estabilização, do mesmo modo que na Figura 1 e então imersa em banho de têmpera de água, onde ela é mantida até sua temperatura interna alcançar a temperatura de imobilização no ponto 40. Ao mesmo tempo, a seção é retirada do banho de água e deixada assentar em ar, a temperatura ambiente, um processo de resfriamento relativamente lento que conduz à minimização da tensão. Como resultado, as temperaturas interna e externa da seção fundem-se na segunda temperatura de estabilização, TEStab-2/ que é significativamente inferior à temperatura de imobilização e então reduz para temperatura ambiente. A Figura 3 ilustra ainda outra montagem da invenção, na qual a seção é também rapidamente temperatura por imersão em água. Neste momento, contudo, a seção ê retirada de seu banho de têmpera cedo o bastante, de modo que as temperaturas interna e externa da seção fundem-se na segunda temperatura de estabilização, Testab-2 , que está apenas ligeiramente abaixo da temperatura de imobilização, Timobilização■ Neste momento, o resfriamento do interior da seção é tornado lento, enquanto ela ainda está na faixa de endurecimento por precipitação, PHR. Embora as fases não desejadas possam ocorrer na seção interna por operar-se desta forma, isto pode não ser importante na prática.

Em qualquer caso, em ambas as Figuras 2 e 3, a temperatura de superfície da seção eleva-se significativamente da temperatura ambiente para a temperatura de imobilização, durante a terceira etapa do processo de resfriamento da invenção. Isto reduz uma parte significativa da tensão colocada sobre a seção, durante a terceira parte da operação de têmpera, em relação à têmpera convencional. Esta redução de tensão, acoplada à redução de tensão obtida pela primeira estabilização de temperatura, reduz eficazmente o trincamento, fluxo plástico e deformação no produto final obtido.

Estabilização da Temperatura De acordo com a invenção, a têmpera rápida de uma liga endurecível por precipitação é realizada, de modo que a temperatura da liga, como um todo, estabiliza ou equilibra-se em uma primeira temperatura de estabilização, próxima à temperatura solidus da liga e preferivelmente de novo em uma segunda temperatura de estabilização acima da temperatura de têmpera final ainda em ou abaixo da temperatura de imobilização da liga. Neste contexto, "estabilização" ou "equilíbrio" significa que a diferença entre as temperaturas interna e externa da seção é reduzida o bastante, de modo que uma redução significativa ocorre na quantidade de tensão interna fornecida à massa da liga, em relação à têmpera usando imersão em água como o mecanismo de resfriamento. De modo geral, isto significa que a diferença entre as temperaturas interna e externa da seção da liga reduzirá para cerca de 56°C ou menos, preferivelmente 28°C ou menos, mesmo 14°C ou menos, antes da estabilização ter terminado e o resfriamento adicional ter iniciado. Isto não significa que a temperatura da seção (se interna, externa ou média) precise ficar estática por qualquer período finito de tempo. De modo semelhante, a estabilização "próximo" da temperatura solvus neste contexto, significa uma temperatura dentro da faixa de 56°C, mais tipicamente dentro de 42°C ou de 28°C ou mesmo de 14°C da temperatura solvus. Naturalmente, a primeira temperatura de estabilização estaria acima da temperatura solvus, porém pode também estar abaixo da temperatura solvus, se as fases indesejadas que podem formar-se deste modo de operação, puderem ser controladas. Adicionalmente, a estabilização pode continuar, até as temperaturas interna e externa tornarem-se iguais, embora isto possa ser comercialmente não praticável em algumas aplicações. A obtenção da estabilização da temperatura na primeira temperatura de estabilização (ligeiramente acima da dissolução) de acordo com a presente invenção, pode ser mais facilmente conseguida por abaixar-se a temperatura do forno de recozimento/homogeneização para esta temperatura e então permitindo que a seção da liga mantenha-se nesta temperatura, até a diferença entre as temperaturas interna e de superfície da seção da liga aproximem-se de zero. Alternativamente, a seção da liga pode ser movida e mantida em um forno de espera mantido na primeira temperatura de estabilização, conforme descrito em conexão com as Figuras 1 a 3. Em cada caso, a temperatura interna da seção da liga pode ser medida com um par térmico ou outro dispositivo de medição de temperatura, preferivelmente onde é provável que a seção tenha sua temperatura mais alta durante o resfriamento. Uma comparação desta temperatura interna medida com a temperatura do forno fornece uma boa indicação da diferença entre as temperaturas interna e de superfície da seção de liga.

Uma vez que a estabilização na primeira temperatura de estabilização esteja completa, a seção de liga é então rapidamente temperada para a temperatura de têmpera final ou, de acordo com a montagem preferida da invenção, a uma segunda temperatura de estabilização elevada, onde não ocorrem alterações de fase indesejadas na prática. A têmpera rápida pode ser realizada de acordo com este aspecto da invenção, de acordo com técnicas conhecidas. Por exemplo, a imersão (ou outro contato) da seção da liga em água ou outro meio de resfriamento tal como gás, sal fundido ou semelhante pode ser usada. Independente de qual abordagem for adotada, contudo, a têmpera rápida continuará até a temperatura do interior da seção cair para ou abaixo da temperatura de imobilização, uma vez que isto impedirá que fases indesejadas se formem nesta área. Conforme ilustrado na Figura 3, contudo, a têmpera rápida pode ser terminada mais cedo, se as fases indesejadas que possam ocorrer no interior da seção puderem ser toleradas. 0 ato de deixar que a temperatura da liga estabilize na segunda temperatura de estabilização (em ou abaixo da temperatura de imobilização), de acordo com a prática preferida da presente invenção pode ser feito do mesmo modo que a estabilização na primeira temperatura de estabilização - isto é, mantendo-se a seção da liga em um forno ou outro meio (por exemplo, banho de sal fundido) na segunda temperatura de estabilização, até a diferença entre as temperaturas interna e de superfície da seção aproximarem-se de zero. Como no caso da primeira temperatura de estabilização, a experimentação de rotina pode ser necessária, para determinar-se a extensão a qual esta diferença de temperatura é deixada aproximar-se de zero, antes que o resfriamento adicional ocorra, bem como a segunda temperatura de estabilização específica para uso. Ligas Endurecíveispor Precipitação A presente invenção é aplicável a todas as ligas endurecíveispor precipitação. Exemplos de sistemas de metal primário que podem ser indicados para exibir capacidade de endurecimento por precipitação incluem alumínio, níquel, ferro, cobre, prata, ouro, magnésio e ligas a base de titânio.

Uma liga especificamente útil em conexão com a presente invenção é composta de pelo menos, 90% em peso de um metal de base compreendendo cobre ou níquel mais até cerca de 10% em peso de berilo, preferivelmente até cerca de 5% em peso de Be, mais preferivelmente até cerca de 3% em peso de Be. A adição de tão pouco quanto 0,05% em peso de Be aos metais de base produz melhoramentos significativos no número de propriedades incluindo, resistência, oxidação, capacidade de fundição, capacidade de ser trabalhada, condutividade elétrica e condutividade térmica, o que os torna apropriados para fabricação de alguns ou todos os componentes metálicos do motor de perfuração da invenção. As adições de Be da ordem de pelo menos 0,1% em peso, mais tipicamente 0,2% em peso ou mais tipicamente, as adições de Be de pelo menos 0,4% em peso e mesmo pelo menos 0,5% em peso são especialmente úteis.

Estas ligas de Cu-Be e Ni-Be podem conter elementos adicionais, tais como, Co, Si, Sn, W, Zn, Zr, Ti, Al, Nb, Mn, Mg e outros geralmente em quantidades não superiores a 2% em peso, preferivelmente não excedendo 1% em peso por elemento com o total de tais elementos adicionais, tipicamente não excedendo 2% em peso, preferivelmente 1% em peso. Além disto, cada uma destas ligas de metal de base pode conter o outro metal de base como um ingrediente adicional. Por exemplo, a liga Cu-Be pode conter Ni como um ingrediente adicional, novamente em uma quantidade de 0,1% em peso ou mais, porém não excedendo 3 0% em peso, mais tipicamente 0,2 a 15% em peso. De modo geral, tais ligas terão não mais do que 2% em peso e mesmo mais tipicamente não mais do que 1% em peso deste ingrediente adicional.

Estas ligas são descritas, de modo geral, em Harkness e outros, Beryllium-Copper and Other Beryllium-Containing Alloys, Metals Handbook, volume 2, 10a Edição, © 1993 ASM International, a revelação do qual é incorporada aqui como referência.

Uma classe preferida deste tipo de liga é a série C81000 e a série C82000 de ligas de cobre superiores, conforme designadas pela Copper Development Association, Inc. de New York, New York. Outra classe preferida destas ligas são as ligas leves, de alta condutividade, resistentes ao relaxamento de tensão BeNiCu, descritas na Patente US 6.001.196, a revelação da mesma sendo incorporada aqui como referência. Estas últimas ligas contêm 0,15 a 0,5% em peso de Be, 0,4 a 1,25% em peso de Ni e/ou Co, 0 a 0,25% de Sn e 0,06 a 1,0% em peso de Zr e/ou Ti.

Outra classe de ligas que é especialmente útil na prática da invenção é a das ligas em forma espinodal Cu-Ni-Sn. Estas ligas, que contêm cerca de 8 a 16% em peso de Ni e 5 a 8% em peso de Sn, com o equilíbrio sendo Cu e impurezas incidentais, decompõem-se em forma espinodal, quando endurecidas por envelhecimento, de modo a fornecer ligas que são fortes e dúcteis bem como exibem boa condutividade elétrica, resistência à corrosão em ambientes de cloreto e resistência à cativação por erosão. Além disto, elas são usináveis, granuláveis, transformadas em chapas e exibem boas características anti-fagulhas e anti-escorriações. Estas ligas são descritas no Pedido US SN 08/552.582, depositado em 3 de novembro de 1995 (correspondendo à Patente da Nova Zelândia número 309290), a revelação da qual é também incorporada aqui como referência. São especialmente preferidas as ligas deste tipo, incluindo aquelas cujas composições nominais são de 15Ni-8Sn-Cu (15% em peso de Ni, 8% em peso de Sn, o restante de Cu) e 9Ni-6Sn-Cu, que são geralmente conhecidas como Ligas UNS C72700, C72900 e C96900 de acordo com o Unified Numbering System of the Copper Development Association. Além de Ni e Sn, estas ligas podem também conter elementos adicionais para melhorar várias propriedades de acordo com tecnologia conhecida bem como impurezas incidentais. Exemplos de elementos adicionais são B, Zr, Nb e Fe.

Seções Grandes Conforme indicado acima, a presente invenção é especificamente aplicável à fabricação de seções de liga grandes - isto é, seções cuja dimensão da espessura normal mínima é grande o suficiente, de modo que o trincamento interno e/ou distorção da seção ocorra se a seção fora rapidamente temperada de sua temperatura de solubilização para a temperatura ambiente de uma maneira convencional por imersão em água. "Dimensão de espessura regular mínima" significa a dimensão mínima do artigo, seja ela em espessura, diâmetro, espessura da parede ou semelhante, regularmente exibida pelo artigo em uma porção substancial de sua massa. "Dimensão de espessura regular mínima" é assim distinta de uma dimensão de espessura que é exibida pelo artigo apenas em uma parte substancial de seu corpo. Por exemplo, um bloco retangular de 25,40 cm de espessura possuindo algumas indentações de 7,62 cm teria uma dimensão de espessura regular mínima de 25,40 cm, não 17,78 cm, uma vez que a espessura de 17,78 cm do artigo nestas indentações não é regularmente exibida pelo artigo em uma porção substancial de seu corpo. O trincamento interno e/ou distorção são observados em ligas endurecíveispor precipitação, convencionalmente temperadas nas seções possuindo dimensões de espessura regular mínima de 7,62 cm a 20,32 cm, dependendo da liga específica envolvida. Assim, a presente invenção contempla a fabricação de seções grandes isentas de trincamento e distorção de ligas endurecíveispor precipitação, com dimensões de espessura regular mínima tão baixas quanto de 7,62 cm. Contudo, a presente invenção também contempla a fabricação de seções grandes de liga com dimensões de espessura regular mínima tais como de 20,32 cm ou maiores, de 25,40 cm ou mais, 38,10 cm ou mais, 50,8 cm ou mais e mesmo 71,12 cm ou mais. A presente invenção é também aplicável à fabricação de ambas as ligas forjada e não forjada. Isto quer dizer que, os produtos produzidos pela presente invenção podem ser tanto produtos forjados, que foram submetidos a uma ou mais etapas de trabalho a quente ou a frio ou produtos não forjados. A presente invenção é especificamente usada na solubilização de seções de Cu-Ni-Sn de fusão contínua feitas pela tecnologia do Pedido US NS 08/552.582 (Patente da Nova Zelândia número 309.290), a revelação do qual é incorporada aqui como referência. Nesta tecnologia, a liga fundida é introduzida na matriz de fusão contínua, de tal modo que a turbulência é criada na interface de líquido/sólido. Em razão deste procedimento de "turbofusão", uma estrutura de grão mais fina e propriamente mais uniforme é obtida na operação de fusão do que era possível anteriormente. Como resultado, as seções assim obtidas podem ser endurecidas diretamente por precipitação sem o processo inicial de forja, em contraste com a tecnologia preexistente, onde o processo de forja é necessário para obter-se a estrutura de grão necessária. Uma vez que o processo de forja tenha sido eliminado, as seções endurecíveispor precipitação podem ser feitas em tamanhos maiores e/ou formas mais complexas do que as possíveis anteriormente. Consequentemente, quando for desejável solubilizar uma seção turbofundida da liga endurecível por precipitação, conforme descrito naquele pedido, a solubilização usando o processo de têmpera da invenção pode ser usado com vantagem específica, uma vez que podem ser produzidas fundições excepcionalmente grandes e essencialmente isentas de tensões atribuíveis aos procedimentos de solubilização convencionais.

Completamente Endurecível A presente invenção é capaz de produzir seções grandes de ligas endurecíveispor precipitação que são completamente endurecidas. "Completamente endurecível" significa que a rigidez e o rendimento de 0,2% de resistência da liga após endurecimento por precipitação são pelo menos 90% da rigidez e 0,2% de rendimento de resistência quando, uma liga de outra forma idêntica fabricada em uma seção de 2,54 cm de espessura é endurecida por precipitação sob as mesmas condições. Em outras palavras, a seção completamente endurecível é uma cuja liga possa ser endurecida por precipitação a uma resistência e rigidez de pelo menos 90% daquela obtida, quando uma liga de referência de composição idêntica e processo de fabricação, porém feita em uma seção de 2,54 cm de espessura é endurecida por precipitação sob as mesmas condições.

Preferivelmente, a rigidez e resistência da liga obtida, de acordo com a presente invenção é de pelo menos 95%, mais preferivelmente pelo menos 98% daquela liga de referência. São também contemplados valores de rigidez e resistência de pelo menos 100% daqueles da liga de referência.

Embora apenas algumas montagens da presente invenção tenham sido descritas acima, deve ser apreciado que muitas modificações podem ser feitas, sem com isto fugirmos do espírito e escopo da invenção. Todas tais modificações encontram-se incluídas no escopo da presente invenção, que é limitada apenas pelas reivindicações que se seguem.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Processo para têmpera rápida de uma seção grande de uma liga endurecivel por precipitação, em que a liga é resfriada de uma temperatura de solubilização para uma temperatura de têmpera final, a seção grande apresentando uma espessura regular de pelo menos 7,6 cm, o processo caracterizado por compreender permitir que a temperatura da liga se estabilize em uma primeira temperatura de estabilização, a qual está acima da temperatura solvus da liga em 56°C ou menos até que a diferença entre a temperatura interna e a temperatura externa da seção grande seja 56°C ou menos antes da liga ser submetida à têmpera rápida, em que a dita primeira temperatura de estabilização é inferior à temperatura de solubilização.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura da liga é permitida para estabilizar na primeira temperatura de estabilização até que a diferença entre a temperatura interna e a temperatura externa da seção grande seja de 28°C ou menos.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que temperatura da liga é permitida para estabilizar na primeira temperatura de estabilização até que a diferença entre a temperatura interna e a temperatura externa da seção grande seja de 14°C ou menos.

4 . Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, carac ter i z ado pelo fato de que a primeira temperatura de estabilização é superior à temperatura solvus da liga em 28°C ou menos.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira temperatura de estabilização é superior à temperatura solvus da liga em 14°C ou menos.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que, após a têmpera, a liga é endurecida por precipitação pela manutenção da liga a uma temperatura de endurecimento por precipitação, o processo ainda compreendendo permitir que a liga se estabilize a uma segunda temperatura de estabilização a qual é inferior a temperatura de endurecimento por precipitação em 66°C ou menos.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a segunda temperatura de estabilização é inferior a temperatura de endurecimento por precipitação em 38°C ou menos.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, carac ter i z ado pelo fato de que a seção grande apresenta uma espessura regular minima de pelo menos 20,3 cm.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a seção grande apresenta uma espessura regular minima de pelo menos 38,1 cm.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, carac ter i z ado pelo fato de que a têmpera rápida ocorre pelo contato da seção grande com água.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que a liga é uma liga de BeCu contendo de 0,1 a 5 % em peso de Be.

12 . Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a liga é uma liga espinodal Cu-Ni-Sn contendo de 8 a 16 % em peso de Ni e de 5 a 8 % em peso de Sn, com o equilíbrio constando de Cu e impurezas incidentais.