Deposição a Laser de Superliga à Base de Cobalto sobre Aço Inoxidável Austenítico

Veiga, Marcelo T.; Silva, Leandro J. da; Rabelo, Alexsandro; Teixeira, Moisés F.; Bloemer, Paulo R. A.; Verran, Guilherme O.

doi:10.1590/0104-9224/SI26.02

Acessibilidade / Reportar erro

Brasil

Español English

sumário « anterior atual seguinte »

Sumário

ARTIGOS TÉCNICOS • Soldag. insp. 26 • 2021 • https://doi.org/10.1590/0104-9224/SI26.02 copiar

Deposição a Laser de Superliga à Base de Cobalto sobre Aço Inoxidável Austenítico

Laser Cladding of a Cobalt-Based Superalloy on Austenitic Stainless Steel

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo:

O presente trabalho teve como objetivo determinar parâmetros de processamento a laser para deposição de revestimentos de Stellite 6 livres de descontinuidades e com geometria adequada sobre aço inoxidável austenítico. Revestimentos foram depositados com uma fonte de laser de diodo, equipada com um cabeçote coaxial contínuo, utilizando diferentes potências do feixe e velocidades de varredura. A geometria (largura, altura, ondulação e diluição) dos revestimentos foi medida por meio de análise da secção transversal. Esses dados obtidos foram utilizados para a modelagem do processo (superfície de resposta) e para estimar parâmetros otimizados (função desejabilidade), que foram posteriormente verificados experimentalmente. A microestrutura dos revestimentos depositados com os parâmetros otimizados foi caracterizada por microscopia óptica e eletrônica de varredura. A seleção adequada dos parâmetros resultou em revestimentos com bom acabamento, livre de descontinuidades superficiais e baixa diluição. Os resultados mostram que a potência do laser teve efeito significativo sobre a diluição, enquanto a velocidade influenciou na altura da camada depositada. A microestrutura resultante do revestimento é composta por dendritas ricas em cobalto e a região interdendrítica com carbonetos de cromo. Os resultados de dureza estão de acordo com o previsto na literatura.

Palavras-chave:
Revestimento a laser; Deposição direta de energia; Deposição de superliga; Modelagem de processo Laser; Microestrutura Stellite 6

Referência	Liga / Substrato	Técnica de deposição	Objetivo
Krell et al. [¹¹11 Krell J, Röttger A, Theisen W. Comprehensive investigation of the microstructure-property relationship of differently manufactured Co–Cr–C alloys at room and elevated temperature. Wear. 2020;444-445:203138. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2019.203138. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2019.20... ]	Ligas de Stellite 1, 6, 12 e 21 / Aço baixa liga	Fundido, sinterizado (HIP) depositado por GMAW.	Analisar a microestrutura, dureza e desgaste em alta temperatura de diferentes ligas de Stellite.
Wang et al. [¹²12 Wang G, Zhang J, Shu R, Yang S. High temperature wear resistance and thermal fatigue behavior of Stellite-6/WC coatings produced by laser cladding with Co-coated WC powder. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2019;81:63-70. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.02.024. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2019.... ]	Stellite-6 e WC/ Aço AISI H13	Revestimento a laser (laser de fibra)	Avaliar o efeito da adição de WC sobre a resistência a fadiga térmica do revestimento de Stellite 6.
Wu et al. [¹³13 Wu Y, Liu Y, Chen H, Chen Y, Li H, Yi W. Microstructure evolution and crack propagation feature in thermal fatigue of laser-deposited Stellite 6 coating for brake discs. Surface and Coatings Technology, 2019;358:98-107. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.11.011. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.201... ]	Stellite 6/ Aço 24CrNiMo	Revestimento a laser (laser de fibra)	Avaliar o efeito do tratamento térmico sobre a propagação de trincas de fadiga térmica.
Karimi et al. [¹⁴14 Karimi GN, Carrington MJ, Thomas J, Shipway PH, Stewart DA, Hussain T. The role of microstructural development in the hydrothermal corrosion of cast and HIPed Stellite 6 analogues in simulated PWR conditions. Corrosion Science. 2019;159:108141. http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2019.108141. http://dx.doi.org/10.1016/j.corsci.2019.... ]	Stellite 6/ Stellite 6	Fundido e sinterizados (HIP)	Investigar a resistência a corrosão da liga fundida e fabricada por HIP em um ambiente simulado de alta temperatura e pH básico.
Mostafaei et al. [¹⁵15 Mostafaei A, Rodriguez De Vecchis P, Buckenmeyer MJ, Wasule SR, Brown BN, Chmielus M. Microstructural evolution and resulting properties of differently sintered and heat-treated binder-jet 3D-printed Stellite 6. Materials Science and Engineering C. 2019;102:276-288. http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2019.04.011. PMid:31147000. http://dx.doi.org/10.1016/j.msec.2019.04... ]	Stellite 6/ Stellite 6	Binder jet sinterizado (Manufatura aditiva)	Avaliar a microestrutura e dureza da liga Stellite 6 processada por Binder Jet e posteriormente sinterizada.
Brownlie et al. [¹⁶16 Brownlie F, Hodgkiess T, Pearson A, Galloway AM. Effect of nitriding on the corrosive wear performance of a single and double layer Stellite 6 weld cladding. Wear. 2017;376-377:1279-1285. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2017.01.006. http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2017.01... ]	Stellite 6/ Aço baixa liga	GTAW alimentado com arame quente	Avaliar o efeito da nitretação sobre o desgaste a corrosão de revestimentos de Stellite 6.
Ding et al. [¹⁷17 Ding Y, Liu R, Yao J, Zhang Q, Wang L. Stellite alloy mixture hardfacing via laser cladding for control valve seat sealing surfaces. Surface and Coatings Technology. 2017;329:97-108. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.09.018. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.201... ]	Mistura de ligas Stellite (S3 e S21) /Aço inoxidável AISI 316	Revestimento a laser (laser de diodo associado a fibra)	Foram estudadas e comparadas a microestrutura, dureza e resistência ao desgaste por deslizamento da mistura de ligas de Stellite com o Stellite 6, todas depositadas a laser.
Houdková et al. [¹⁸18 Houdková Š, Pala Z, Smazalová E, Vostřák M, Česánek Z. Microstructure and sliding wear properties of HVOF sprayed, laser remelted and laser clad Stellite 6 coatings. Surface and Coatings Technology. 2017;318:129-141. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2016.09.012. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.201... ]	Stellite 6/ Aço carbono	Aspersão térmica (HVOF) e revestimento a laser	Avaliar a microestrutura de revestimentos depositados por HVOF e tratadas e laser e depositadas a laser.
Li et al. [¹⁹19 Li B, Jin Y, Yao J, Li Z, Zhang Q. Solid-state fabrication of WCp-reinforced Stellite-6 composite coatings with supersonic laser deposition. Surface and Coatings Technology. 2017;321:386-396. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.04.062. http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.201... ]	Stellite-6 e WC/ Aço AISI 1045	Revestimento a laser supersônico (SLD)	Analisar como o processo SLD pode interferir na tensão residual, oxidação, transformação de fases e crescimento de grãos no revestimento.
Bartkowski e Kinal [¹1 Bartkowski D, Kinal G. Microstructure and wear resistance of Stellite-6/WC MMC coatings produced by laser cladding using Yb:YAG disk laser. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2016;58:157-164. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2016.04.017. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2016.... ]	Stellite-6 e WC/ Aço baixo carbono	Revestimento a laser (laser de disco Yb:YAG)	Avaliar o impacto da adição de WC sobre a microestrutura, dureza e resistência à corrosão de revestimentos de Stellite 6.
Bartkowski e Bartkowska [⁵5 Bartkowski D, Bartkowska A. Wear resistance in the soil of Stellite-6/WC coatings produced using laser cladding method. International Journal of Refractory Metals & Hard Materials. 2017;64:20-26. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2016.12.013. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2016.... ]	Stellite-6 e WC/ Aço com adição de boro	Revestimento a laser (laser de disco Yb:YAG)	Avaliação de desempenho do revestimento em ambiente relevante.
Bartkowski et al. [²2 Bartkowski D, Młynarczak A, Piasecki A, Dudziak B, Gos̈ciański M, Bartkowska A. Microstructure, microhardness and corrosion resistance of Stellite-6 coatings reinforced with WC particles using laser cladding. Optics & Laser Technology. 2015;68:191-201. http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.2014.12.005. http://dx.doi.org/10.1016/j.optlastec.20... ]	Stellite-6 e WC/ Aço baixo carbono	Revestimento a laser (laser de disco Yb:YAG)	Avaliar a microestrutura, resistência ao desgaste e a corrosão eletroquímica de revestimentos de Stellite 6 com adição de WC.

Tipo de bocal	Coaxial de alimentação continua
Diâmetro focal do feixe [mm]	5
Distância de trabalho [mm]	15
Potência do feixe [W]	2400 – 3400 – 4200
Velocidade de deposição [mm/min]	1200 – 1600 – 2000
Distancias entre centros de cordões (DECC) [mm]	2,7
Taxa de alimentação [g/min]	40
Gás de proteção e arraste [L/min]	Argônio a 15 e 6
Número de cordões paralelos	10
Estratégia de deposição	bidirecional contínuo

AISI 316L	Fe	Cr	C	Ni	Mn	Mo	Si	P	S
AISI 316L	Bal.	16,00	0,02	11,00	1,20	2,00	0,50	0,03	0,00

MetcoClad 6 (Stellite 6)	Co	Cr	C	Si	W	Fe
MetcoClad 6 (Stellite 6)	Bal.	28,00	1,00	0,65	2,50	0,06	Valores de porcentagem em massa

Dv 10% [µm]	Dv 50% [µm]	Dv 90% [µm]	Ø médio [µm]
60,3	82,8	114,6	68,8

Ordem de fabricação	Potência [W]	Velocidade [mm/min]	DEC [mm]	Vazão [g/min]	Diluição [%]	Ondulação [mm]	Altura de camada [mm]
1	4200	2000	2,7	40	44,6	0,27	0,82
2	3400	1200	2,7	40	28,9	0,15	1,12
3	2600	1200	2,7	40	11,5	0,26	1,41
4	2600	1600	2,7	40	2,5	0,25	1,01
5	3400	1600	2,7	40	35,9	0,15	1,24
6	4200	1200	2,7	40	23,1	0,14	1,61
7	2600	2000	2,7	40	8,3	0,24	0,87
8	3400	2000	2,7	40	30,2	0,15	0,82
9	4200	1600	2,7	40	35,6	0,13	1,23

	Diluição	Altura média da camada	Ondulação da camada
↑ Potência do feixe [W]	↑	=	↓
↑ Velocidade de deposição [mm/min]	↓	↓	=

Resposta	Objetivo da otimização	I	T	S	s	t
Diluição [%]	Alvo	3	10	12	0,2	1,5
Altura de camada [mm]	Alvo	0,8	1	1,5	0,2	0,2
Ondulação [mm]	Minimização	0	0	0,4	-	0,35

Parâmetro geométrico	Valor desejável obtido
Diluição [%]	11,1
Altura da camada [mm]	1,15
Ondulação [mm]	0,15

Parâmetro geométrico	Valor observado
Diluição [%]	13,1
Altura da camada [mm]	1,14
Ondulação [mm]	0,16

Associação Brasileira de Soldagem Rua Dr Guilherme Bannitz, 126 conj 42, 04532-060 - São Paulo/SP Brasil, Tel.: (55 11) 3045 5040, Fax: (55 11) 3045 8578 - São Paulo - SP - Brazil
E-mail: abs@abs-soldagem.org.br

Acompanhe os números deste periódico no seu leitor de RSS

[1] E-mails: mt_veiga@hptmail.com (MTV); leandro.js@ufu.br (LJS), alexsandro.rabelo@sc.senai.br (AB), moises.teixeira@sc.senai.br (MFT), paulo.bloemer@sc.senai.br (PRAB), guilherme.verran@udesc.br (GOV)

Potência [W]	3100
Velocidade de deposição [mm/min]	1420