Guia completo da liga Inconel 625: liga de níquel para altas temperaturas

No que diz respeito à liga 625 da Inconel, poucas ligas oferecem tanta versatilidade e utilidade em condições extremas de temperatura e pressão. A liga 625 destaca-se pelas suas propriedades mecânicas excecionais e características como a resistência à corrosão, ao ataque químico e ao calor. Por estas razões, é fundamental nos setores aeroespacial, químico, de carregamento, da produção de energia e marítimo. A liga 625 é amplamente utilizada em componentes de engenharia expostos a ambientes agressivos, como turbinas a gás, reatores nucleares arrefecidos por líquido e estruturas marítimas. Este guia apresenta a utilidade e as vantagens da liga Inconel 625, bem como as aplicações em que é preferida. A liga Inconel 625 é analisada em detalhe. Quer trabalhe na aquisição de materiais de liga, em aquisições avançadas ou tenha simplesmente curiosidade por ligas especializadas, este artigo apresenta informações fundamentais, apoiadas por dados recentes sobre ligas modernas e estruturas fascinantes.

Quais são as propriedades físicas da liga 625?

Também conhecida como Inconel 625, a liga 625 possui um conjunto único de propriedades físicas que lhe permite ser utilizada em vários setores. Algumas dessas propriedades são:

• Densidade: 8,44 g/cm^3, um valor que evidencia a sua resistência e adequação a aplicações de elevado desempenho.
• Condutividade térmica: 9,8 W/m·K à temperatura ambiente, um valor relativamente baixo que é vantajoso em ambientes de alta temperatura.
• Resistividade elétrica: 1.30 µΩ·m a 68°F (20°C), o que demonstra a sua fraca capacidade de conduzir eletricidade.

As propriedades físicas da liga 625 permitem a sua utilização em condições extremas, como temperaturas elevadas, ambientes corrosivos e tensões mecânicas elevadas.

Compreender a matriz à base de níquel

A matriz metalúrgica à base de níquel da liga 625 é essencial para a sua estrutura, conferindo-lhe uma resistência notável ao calor e à exposição química. É esta matriz que suporta elementos como o molibdénio, o nióbio e o crómio, que reforçam ainda mais a liga e a protegem contra danos por oxidação e corrosão. A interação entre estes elementos de liga permite que a matriz mantenha um desempenho mecânico lento quando sujeita a condições ambientais agressivas durante longos períodos, sendo ideal para aplicações de força bruta.

Como o molibdénio e o nióbio aumentam a resistência

1. Maior resistência a altas temperaturas: A adição de nióbio e molibdénio pode ajudar a evitar a deformação e a falha mecânica das ligas a altas temperaturas. Por isso, estes elementos são úteis em motores a jato e turbinas de centrais elétricas.
2. Maior resistência à corrosão: Estes dois elementos também melhoram a recuperação química da liga, protegendo-a da corrosão em ambientes mais agressivos, ácidos e salinos, através da formação de um óxido estável.
3. Resistência à oxidação: Estes elementos de liga contribuem para manter a resistência da liga à oxidação, necessária para preservar as propriedades estruturais e funcionais ao longo do tempo.
4. Refinação da estrutura granular: O nióbio desempenha um papel muito importante na estabilização e modificação da liga e da sua estrutura granular, evitando pontos fracos estruturais e melhorando, assim, a resistência.
5. Formação de carbonetos: A presença de nióbio e molibdénio contribui para a formação rápida de carbonetos, aumentando a resistência ao desgaste e a dureza.
6. Resistência à fluência: A adição de nióbio e molibdénio melhora a capacidade da liga para resistir à fluência, isto é, à deformação progressiva lenta do material sob tensão prolongada, sobretudo a temperaturas elevadas.
7. Resistência à fadiga: A redução da instabilidade microestrutural aumenta a resistência à fadiga da liga, permitindo-lhe suportar tensões e ciclos de tensão repetidos.

Papel do crómio na resistência à corrosão

A contribuição do crómio para melhorar a resistência à corrosão é muito importante, pois forma uma camada de óxido passiva e estável na superfície da liga. Esta camada de óxido de crómio funciona como barreira protetora contra a entrada de oxigénio e humidade, que podem desencadear reações corrosivas. Em ligas como o aço inoxidável, a camada passiva, que mantém a sua integridade autorregenerativa na presença de oxigénio, só é fiável com uma concentração mínima de crómio de cerca de 10,5%. Esta camada passiva aumenta a resiliência da liga durante uma exposição prolongada a condições extremas.

Como se comporta a Inconel 625 em ambientes corrosivos?

A sua notável resistência à corrosão

As ligas Inconel 625 apresentam uma resistência à corrosão notável graças aos elevados teores de níquel e crómio, que formam em conjunto uma camada de óxido protetora e impedem a deterioração adicional do material. Esta liga demonstra uma resistência excecional à corrosão por picadas, à corrosão em frestas e à fissuração por corrosão sob tensão, mesmo em ambientes agressivos, como água do mar, soluções ácidas ou outras condições oxidantes. Além disso, a capacidade para suportar temperaturas e produtos químicos extremos, mantendo a integridade estrutural, torna-a fiável nos setores marítimo, aeroespacial e de transformação química.

Aplicações em água do mar e condições criogénicas

• Centrais de dessalinização da água do mar: A utilização desta liga em tubagens, bombas e permutadores de calor deve-se à sua resistência excecional à corrosão provocada por cloretos.
• Equipamento marítimo: É utilizada no fabrico de veios de hélices, válvulas e outros elementos de fixação, sujeitos ao risco de deterioração devido à exposição prolongada à água do mar.
• Plataformas offshore de petróleo e gás: É utilizada em estruturas submarinas de proteção, como risers e equipamento de cabeça de poço, bem como em ferramentas submarinas que desempenham funções essenciais em ambientes de grande profundidade e condições agressivas.
• Reservatórios criogénicos: Utilizado em reservatórios criogénicos de gás natural liquefeito (LNG) e oxigénio líquido, este material é muito estável e resistente em condições de frio extremo.
• Equipamento de processamento a baixas temperaturas: Em instalações que exigem temperaturas extremamente baixas, setores como a separação do ar e a exploração espacial dependem de permutadores de calor criogénicos e sistemas de tubagens que recorrem a esta liga para garantir a integridade estrutural e a eficiência.

Qual é a composição química da liga de níquel 625?

Elementos principais e respetivas funções na liga à base de níquel

Os elementos de liga importantes nas ligas de níquel incluem crómio, molibdénio, ferro, nióbio e titânio, que conferem vantagens importantes em termos de resistência à corrosão, resistência mecânica e capacidade para suportar temperaturas elevadas. A tabela seguinte resume os principais elementos de liga da liga de níquel 625, as respetivas funções e a sua composição química:

Elemento	Função	Teor (%)
Níquel (Ni)	Base, resistência à corrosão	58-60
Crómio (Cr)	Resistência à oxidação	20-23
Molibdénio (Mo)	Resistência, estabilidade a altas temperaturas	8-10
Ferro (Fe)	Suporte estrutural	4-5
Nióbio (Nb)	Resistência, soldabilidade	3.15-4.15
Titânio (Ti)	Resistência, resistência à fluência	0.3-0.4
Alumínio (Al)	Resistência à oxidação	0.3-0.4
Manganês (Mn)	Desoxidante	0.3-0.5
Silício (Si)	Desoxidante	0.25-0.5
Carbono (C)	Dureza	0.05-0.1
Fósforo (P)	Controlo de impurezas	≤0.015
Enxofre (S)	Controlo de impurezas	≤0.015

Impacto do titânio e do nióbio na microestrutura e nas propriedades mecânicas

• Endurecimento por precipitação: A adição de titânio e nióbio favorece a formação das fases gama dupla-prima (γ”) e delta (δ), que aumentam a resistência e a resistência à deformação da liga, sobretudo a temperaturas elevadas.
• Refinação da estrutura granular: Estes elementos ajudam a manter a uniformidade da microestrutura, permitindo que os grãos finos apresentem melhor desempenho mecânico.
• Resistência à fluência e à fadiga: O titânio e o nióbio reforçam as fases precipitadas da liga, melhorando assim a resistência à fluência e à fadiga e tornando-a ideal para aplicações sujeitas a tensões elevadas.
• Aumento da resistência à corrosão: A ação conjunta do titânio e do nióbio reforça a resistência da liga à oxidação e à corrosão, sobretudo perante produtos químicos agressivos.
• Melhoria da soldabilidade: O nióbio melhora a soldabilidade da liga de níquel ao reduzir a fissuração nas zonas soldadas, diminuindo o risco de falha das secções soldadas.
• Estabilidade estrutural: Estes componentes mantêm a estabilidade microestrutural durante os ciclos térmicos, preservando a resistência mecânica e a ductilidade da liga num amplo intervalo de temperaturas.

Porque é que a liga 625 é popular em aplicações aeroespaciais?

Vantagens do desempenho a altas temperaturas

• Resistência excecional à fluência: Graças à sua extraordinária resistência à deformação por fluência ao longo do tempo e a altas temperaturas, a liga 625 é especialmente eficaz em ambientes severos durante períodos prolongados.
• Resistência à oxidação: A excelente resistência à oxidação a altas temperaturas aumenta a durabilidade da liga C625 e abranda a degradação do material, mesmo em ambientes químicos agressivos.
• Manutenção da integridade estrutural: A resistência e a estabilidade duradouras da liga em diferentes intervalos de temperatura ajudam a manter um desempenho consistente, sem risco de falha dos componentes.
• Versatilidade térmica para várias aplicações: A elevada capacidade para suportar cargas térmicas permite utilizar a liga na tecnologia aeroespacial, sobretudo em componentes críticos de aeronaves, como motores de escape, carenagens de turbinas e permutadores de calor.
• Menor risco de fadiga térmica: Os ciclos térmicos repetidos não afetam negativamente a liga 625, reduzindo ao mínimo a fadiga e a fissuração resultantes das diferenças de temperatura.

Utilização em sistemas de escape e condutas

• Sistemas de escape de aeronaves: A inclusão da liga 625 nos componentes dos sistemas de escape de aeronaves deve-se à sua capacidade para suportar temperaturas elevadas e gases corrosivos gerados durante o funcionamento das aeronaves.
• Condutas industriais: A exposição a ambientes químicos agressivos e a temperaturas elevadas torna os sistemas de condutas industriais uma aplicação adequada para esta liga industrial, caracterizada por elevada resistência mecânica e grande resistência à corrosão.
• Aplicações marítimas em sistemas de escape: A elevada resistência da liga 625 à oxidação provocada por água do mar quente torna-a indispensável em sistemas de escape offshore.
• Condutas de turbinas a gás: A utilização desta liga nas condutas de turbinas a gás justifica-se pela sua resistência à fadiga térmica, necessária perante ciclos térmicos intensos.
• Sistemas de processamento químico: O ambiente reativo e as temperaturas de funcionamento elevadas tornam os sistemas de escape de instalações de processamento químico outra aplicação desta liga.

Como é processada a liga Inconel 625 para atingir a resistência máxima à tração?

Papel dos processos de tratamento térmico e recozimento

A liga Inconel 625 é submetida a vários processos de tratamento térmico e recozimento para obter as melhores características de desempenho:

• Recozimento por solubilização: O tratamento da Inconel 625 por recozimento por solubilização consiste em aquecer a liga a 2150 – 2250°F (1177 – 1232 °C), o que ajuda a dissolver completamente as fases precipitadas, seguindo-se um arrefecimento rápido para manter a microestrutura uniforme.
• Envelhecimento: Os tratamentos de envelhecimento realizados entre 1200 – 1400 °F (649 – 760 °C) demonstraram melhorar a resistência à fluência e a dureza, graças à formação de precipitados estáveis; são designados por envelhecimento a baixas temperaturas.
• Alívio de tensões: Este processo pode ser realizado entre 1650 °F e 1800 °F (899 °C a 982 °C) e ajuda a eliminar as tensões residuais resultantes da maquinagem, mantendo a microestrutura do material.
• Ciclos térmicos: A fadiga induzida termicamente pode ser contrariada através de ciclos controlados de aquecimento e arrefecimento, que melhoram a integridade mecânica, refinam a estrutura granular e reforçam o material em situações de fadiga térmica.

As ligas são classificadas e adaptadas em função das suas aplicações, exigências e requisitos dos respetivos setores. Por isso, as propriedades físicas e mecânicas são essenciais para um desempenho ideal.

Avanços nas técnicas de soldadura da liga de níquel 625

Os desenvolvimentos recentes nos métodos de soldadura da liga de níquel 625 procuram melhorar a soldabilidade da liga, evitando defeitos e preservando as suas propriedades estruturais. Entre os avanços mais relevantes incluem-se:

• Soldadura laser com feixe focado (LBW): Este tipo de soldadura concentra a energia num único ponto, aumentando a precisão da soldadura e reduzindo a entrada de calor, o que provoca menos distorção da junta. A LBW é adequada para secções finas da liga de níquel 625.
• Soldadura híbrida: Combina a soldadura laser e a soldadura por arco para melhorar a produtividade sem comprometer a resistência à tração nem as propriedades mecânicas do aço inoxidável na zona de soldadura.
• Métodos de soldadura por arco recentemente aperfeiçoados: A soldadura por arco com elétrodo de tungsténio e gás pulsado (GTAW) melhora o controlo da aplicação de calor, reduzindo a probabilidade de fissuras e tornando as juntas soldadas mais resistentes e duradouras.
• Integração do fabrico aditivo: As inovações na WAA com fio incluem modelos espaciais com capacidades de conceção composta. Permitem fabricar peças de geometria complexa com maior uniformidade da soldadura e eliminar material em excesso.

Os métodos WAA permitem obter características de modelos espaciais. Os métodos de fabrico aditivo têm de recorrer a técnicas WAA avançadas para modelos espaciais que não devem ser limitados pela complexidade geométrica. Estas abordagens reforçam os materiais em termos espaciais e mecânicos, o que é essencial para utilização nos setores automóvel, aeroespacial e de processamento químico.

Perguntas frequentes (FAQs)

P: O que é a liga Inconel® 625?

R: A Inconel® 625 é uma liga de níquel e crómio conhecida pela elevada resistência mecânica a altas temperaturas, elevada resistência à corrosão e capacidade para suportar ambientes extremos. Tem aplicações industriais por ser utilizada em ligas endurecidas por solução sólida.

P: Qual é o segredo por detrás da retenção da elevada resistência da liga de níquel 625 a temperaturas elevadas?

R: A liga de níquel 625 mantém parte da sua resistência a temperaturas elevadas graças ao endurecimento por solução sólida, que ocorre quando o molibdénio, o nióbio ou elementos semelhantes modificam a rede atómica da liga, melhorando as suas propriedades sem a tornar quebradiça.

P: Quais são as principais vantagens da Inconel 625 que a tornam adequada para estes setores?

R: A versatilidade da composição da Inconel® 625 é uma vantagem nos setores aeroespacial e marítimo, bem como nos setores de processamento químico e nuclear. A elevada resistência à corrosão, a elevada resistência à tração e a facilidade de fabrico tornam a Inconel 625 vantajosa nestes setores face a outros materiais. Também é utilizada sobretudo em componentes como barras redondas, que são resistentes e exigem desempenho bruto.

P: Qual é o mecanismo de proteção contra a corrosão da liga Inconel 625?

R: A liga de níquel e crómio Inconel 625 oferece uma proteção notável contra a corrosão, incluindo a corrosão por picadas e em frestas. A adição de nióbio aumenta a resistência da liga à falha estrutural, tornando-a ainda mais adequada para ambientes extremamente agressivos.

P: Qual é a diferença entre Inconel® 625 e a liga 718?

R: Tanto a Inconel® 625 como a liga 718 são ligas de níquel. No entanto, a Inconel® 625 é uma liga endurecida por solução sólida, conhecida pela soldabilidade e resistência à corrosão excecionais. A liga 718 é endurecida por precipitação e é conhecida pela resistência máxima à tração inigualável, o que a torna adequada para aplicações a temperaturas mais elevadas.

P: Porque é que a Inconel® 625 é considerada uma liga endurecida por solução sólida?

R: A Inconel® 625 é considerada uma liga endurecida por solução sólida devido à presença de molibdénio e nióbio, que reforçam a matriz de níquel e aumentam a resistência da liga sem perda significativa de ductilidade.

P: Como contribui a Inconel® 625 para o processo de soldadura?

R: A Inconel® 625 também facilita a soldadura graças à estrutura granular da liga; após a soldadura, a ductilidade compensa qualquer endurecimento indesejável. Por isso, é vantajosa em etapas de fabrico complexas que exigem precisão.

P: Qual é a relação entre a designação UNS N06625 e a Inconel® 625?

R: UNS N06625 é a designação do Sistema Unificado de Numeração para a Inconel® 625. Estas designações identificam de forma fiável a exatidão da composição e as características das ligas, garantindo fiabilidade e uniformidade, independentemente da origem ou finalidade.

P: Em que formas é disponibilizada principalmente a Inconel®625 para fins industriais?

R: Para fins industriais, a Inconel® 625 está disponível em barras redondas, chapas e pó da liga 625. A seleção depende de critérios específicos da aplicação, como a facilidade de fabrico ou os requisitos estruturais.

P: É possível utilizar a Inconel® 625 em condições de alta pressão?

R: Sim, a Inconel® 625 pode ser utilizada em condições de alta pressão graças à sua notável resistência à tração e às características de resistência à corrosão, que garantem o desempenho sob tensão e em ambientes agressivos.

Fontes de referência

1. Efeito da alteração do fosfato fundido na corrosão do aço inoxidável 316, da liga 625 e do titânio TA8 em condições de oxidação da água supercrítica

• Autores: Zitao Lin et al.
• Publicado: 1 jan. 2023
• Revista: Materiais
• Principais conclusões: 
• Este estudo centra-se na análise do comportamento corrosivo da liga 625 em água supercrítica oxigenada com fosfatos e cloretos.
• Observou-se que a liga 625 formava uma película estável de óxido de fosfato, que oferecia proteção parcial contra a corrosão.
• O estudo concluiu que a combinação de fosfatos, oxigénio e água supercrítica provocava corrosão intensa em circunstâncias específicas.
• Metodologia: 
• Os autores realizaram experiências expondo a liga 625 e outros materiais a água supercrítica a 400 °C e 25 MPa.
• No laboratório, tubos de reação com amostras da liga foram expostos a águas supercríticas; as temperaturas e pressões da reação foram controladas (Lin et al., 2023).

2. Investigação da microestrutura e do desgaste a altas temperaturas da liga Inconel 625 processada por revestimento laser de alta velocidade

• Análise realizada por: Xiaoming Wang et al.
• Publicado: 1 mar. 2024
• Revista: Materials Research and Technology
• Principais conclusões: 
• Este estudo investiga as características de desgaste da liga Inconel 625 resultantes do revestimento laser de alta velocidade.
• O estudo demonstrou que o aumento da temperatura da liga intensifica a influência da microestrutura na resistência ao desgaste.
• Metodologia: 
• Os autores utilizaram métodos de revestimento laser para criar amostras e realizaram ensaios de desgaste em condições de alta temperatura para avaliar o desempenho (Wang et al., 2024).

3. Efeito da deformação plástica na difusão do hidrogénio na liga de níquel 625

• Autores: Xuesong Lu et al.
• Publicado: 1 mar. 2023
• Revista: Scripta Materialia
• Principais conclusões: 
• Este estudo investiga a influência da deformação plástica na difusão do hidrogénio na liga 625.
• A investigação concluiu que a deformação modifica a microestrutura, influenciando assim a retenção e a libertação por difusão do hidrogénio.
• Metodologia: 
• Os investigadores aplicaram métodos de permeação eletroquímica para avaliar as taxas de difusão do hidrogénio em amostras deformadas e não deformadas da liga 625 (Lu et al., 2023).

4. Oxidação intergranular da liga 625 de base níquel produzida por fabrico aditivo: o papel do Si 

• Autores: A. Chyrkin et al.
• Publicado: 1 mai. 2023
• Revista: SSRN Electronic Journal
• Principais conclusões:  
• Este artigo analisa a oxidação intergranular da liga 625 produzida por fabrico aditivo, com especial atenção ao silício.
• Concluiu-se que os níveis de silício têm um efeito direto na resistência à oxidação e na estabilidade microestrutural da liga.
• Metodologia:
• Os autores realizaram ensaios de oxidação e caracterizaram a microestrutura para determinar a influência do silício no comportamento da liga perante a oxidação (Chyrkin et al., 2023).

5. Análise comparativa da extrusão de material e de outras técnicas de fabrico aditivo: defeitos, microestrutura e comportamento perante a corrosão na liga de níquel 625 

• Autores: A. Carrozza et al.
• Publicado: 1 dez. 2022
• Revista: Materials & Design
• Principais conclusões:
• Esta investigação analisa a liga 625 produzida por vários processos de fabrico aditivo e avalia as suas propriedades de resistência à corrosão e os defeitos microestruturais.
• Os dados sugerem que o método de fabrico tem uma influência considerável na resistência à corrosão e na microestrutura da liga.
• Metodologia:
• Os autores realizaram ensaios de corrosão e caracterizaram a microestrutura de amostras obtidas por diferentes processos de fabrico aditivo (Carrozza et al., 2022).

6. Liga 7. Metal 8. Inconel