Efeito da dispersão de pentóxido de nióbio na microestrutura e nas propriedades mecânicas de uma liga metálica Fe-Cr
Pentóxido de nióbio; Liga ODS; Processamento; Microestrutura; Propriedades mecânicas; Estabilidade térmica
Metais endurecidos por dispersão de óxidos (ODS) têm sido desenvolvidos com o intuito de melhorar o endurecimento e à resistência à fluência de ligas metálicas submetidas a elevadas temperaturas,por meio da dispersão uniforme de nanopartículas de óxido em sua matriz.Nesse contexto, o presente trabalho tem como objetivo investigar a viabilidade da aplicação do pentóxido de nióbio (Nb2O5) como fase dispersa em uma liga Fe-Cr, sendo esse um óxido ainda não explorado para essa finalidade. As nanopartículas de pentóxido de nióbio foram sintetizadas por reação de combustão via micro-ondas, sendo caracterizadas por difração de raios X e análises térmicas que confirmaram a obtenção do pentóxido de nióbio de fase ortorrômbica (T-Nb2O5). A adição das nanopartículas à matriz metálica foi realizada por meio da técnica de metalurgia do pó. A metalurgia do pó consiste em três etapas principais: mistura dos pós, compactação e sinterização, e, se necessário, é realizada a inclusão de etapas complementares, como forjamento a quente e recozimento,para melhorar a densificação e as propriedades finais da liga. Diferentes parâmetros foram testados e a combinação entre compactação uniaxial e prensagem isostática a frio, associada à aplicação de maiores cargas de compactação, resultou em porosidade inferior a 3%, conforme foi evidenciado pelas imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e dados de dilatometria. Imagens de microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (MET) confirmaram a presença das nanopartículas, mesmo após as etapas adicionais, com tamanho médio inferior a 50 nm. A incorporação de 0,5 %p de pentóxido de nióbio (FeCrNb) promoveu alterações microestruturais quando comparada a liga não-ODS (FeCr), como o refinamento de grãos e microdeformações. Análises de MET, difração de raios X (DRX) e espectroscopia de aniquilação de pósitrons (PAS) permitiram identificar essas mudanças que levaram a melhorias nas propriedades mecânicas e térmicas. As ligas FeCrNb recozidas apresentaram um aumento de 106 MPa na resistência à tração e uma melhora de aproximadamente 10% na dureza, tendo valores próximos a outras ligas descritas na literatura. Além disso, a análise de estabilidade térmica mostrou que o Nb2O5 inibiu de forma significativa o processo de recuperação, elevando em 200 °C a temperatura de início desse processo, assim como impediu o processo de recristalização até a temperatura de 700 °C,conforme evidenciado pelos resultados dos testes de dureza e MET. Esses resultados demonstram o potencial do Nb2O5 como reforço alternativo em ligas ODS à base de ferro, oferecendo uma nova perspectiva para o desenvolvimento de materiais avançados aplicados em ambientes de alta temperatura.