03.04.2023 by Martin Rosenschon
Análise mecânica dinâmica para materiais de alta temperatura
Caracterização de materiais acima de 500°C por meio de DMA
A Análise Mecânica Dinâmica (abreviação: DMA) é um método para determinar as propriedades viscoelásticas dos materiais em função da temperatura, do tempo e da frequência. A principal aplicação da DMA é a determinação de Temperatura de transição do vidroA transição vítrea é uma das propriedades mais importantes dos materiais amorfos e semicristalinos, por exemplo, vidros inorgânicos, metais amorfos, polímeros, produtos farmacêuticos e ingredientes alimentícios etc., e descreve a região de temperatura em que as propriedades mecânicas dos materiais mudam de duras e quebradiças para mais macias, deformáveis ou emborrachadas.transições vítreas ou Transições de faseO termo transição de fase (ou mudança de fase) é mais comumente usado para descrever transições entre os estados sólido, líquido e gasoso.transições de fase de polímeros e compostos de polímeros.arcAlém do setor de polímeros, ele também é usado na tecnologia de alimentos e na biomedicina ou em materiais de pesquisa em geral. Normalmente, o comportamento viscoelástico dos materiais em temperaturas moderadas até um máximo de 500°C é caracterizado nessas áreas.
Entretanto, as características viscoelásticas, como o Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento E' e o Módulo de viscosidadeO módulo complexo (componente viscoso), módulo de perda ou G'', é a parte "imaginária" das amostras do módulo complexo geral. Esse componente viscoso indica a resposta do tipo líquido, ou fora de fase, da amostra que está sendo medida. módulo de perda E", também desempenham um papel importante na faixa de alta temperatura. Por exemplo, as lâminas de uma turbina a gás, geralmente feitas de sistemas de ligas como aço, titanium ou ligas de níquel, devem ser especialmente projetadas para sua carga - as forças e frequências que atuam - e as temperaturas resultantes.
Temperaturas de mais de 2.000°C podem ser atingidas na câmara de combustão de uma turbina a gás [1]. Dependendo da tecnologia de resfriamento utilizada e da posição, temperaturas máximas entre 500°C e 1.000°C ocorrem nas pás da turbina [1].
A Figura 1 mostra uma medição de DMA de uma liga de Inconel 625 até 1000°C em flexão de 3 pontos usando a série de alta temperatura DMA Eplexor®® com força dinâmica de até 500 N. Dependendo do forno instalado, o sistema permite medições desde a temperatura ambiente até 1000°C ou até 1500°C.
O Inconel 625 é uma superliga à base de níquel com os principais elementos de liga: cromo, molibdênio e nióbio. Essa é uma marca registrada da Special Metals Corp. Possui alta resistência à corrosão e à OxidaçãoA oxidação pode descrever diferentes processos no contexto da análise térmica.oxidação. A liga é frequentemente usada em ambientes onde prevalecem altas temperaturas e condições corrosivas, como em turbinas e outras peças de motores de aeronaves, aplicações em fornos e tubulações.
A partir de aproximadamente 210 GPa a 100°C, o Elasticidade e módulo de elasticidadeA elasticidade da borracha ou elasticidade de entropia descreve a resistência de qualquer sistema de borracha ou elastômero contra uma deformação ou tensão aplicada externamente. módulo de armazenamento E' (curva preta) diminui com o aumento da temperatura e o material perde rigidez. A 400°C, ele está um pouco abaixo de 200 GPa e a 800°C está em torno de 160 GPa. Esses valores podem ser usados, por exemplo, para calcular a deformação de uma lâmina de turbina dependendo da temperatura de operação.
No decorrer da tan δ (curva azul), dois efeitos podem ser identificados a 713°C e 808°C (temperatura de pico). As ligas à base de níquel, como o Inconel 625, são reforçadas por meio de um tratamento térmico definido e da formação associada de precipitados intermetálicos. As fases típicas de precipitação em ligas à base de níquel, que aumentam a resistência, são a fase cúbica γ' metaestável centrada na face Ni3( Al, Ti) e a fase cúbica γ" Ni3(Nb) [2]. A formação e a dissolução de ambas as fases poderiam explicar o efeito a 713°C em tan δ. Não é possível chegar a conclusões mais precisas devido à falta de informações sobre a condição de tratamento térmico do material inicial. Petrzak et al. [3] também relatam para o Inconel 625 a formação da fase de equilíbrio incoerente δ Ni3(Nb, Ti) a partir de 750°C, que se correlaciona com o segundo pico em tan δ em torno de 800°C.
Além de identificar valores característicos para um projeto estático e dinâmico de componentes, o DMA também pode ser usado para obter informações sobre o desenvolvimento morfológico - nesse caso, a formação de precipitações.
NETZSCH A Analyzing & Testing fornece o DMA certo para sua área de aplicação individual, independentemente de você querer caracterizar materiais na faixa de baixa temperatura de -170°C a 500°C ou determinar as propriedades viscoelásticas de materiais de alta temperatura de até 1500°C.
Literatura:
[1] Boyce, M. P. (2011), Gas turbine engineering handbook (Manual de engenharia de turbinas a gás). Elsevier.
[2] Andersson, J. (2011). Weldability of precipitation hardening superalloys: influence of microstructure (Soldabilidade de superligas de endurecimento por precipitação: influência da microestrutura). Chalmers Tekniska Hogskola (Suécia).
[3] Petrzak, P., Kowalski, K. & Blicharski, M. (2016). Analysis of phase transformations in Inconel 625 alloy during annealing (Análise das transformações de fase na liga Inconel 625 durante o recozimento) Acta Physica Polonica A, 130(4), 1041-1044.
