Bem, se as superligas são tão importantes para a tecnologia, elas devem ter algumas propriedades únicas! O quê?
Infelizmente, a definição de superligas é um pouco falha aqui. Por uma questão de simplicidade, toda vez que digo "superligas" neste artigo, você pode supor que estou me referindo a "superligas à base de níquel".
As superligas à base de níquel têm uma microestrutura surpreendente que dá aos materiais excelentes propriedades de alta temperatura, mas outros sistemas de ligas também são chamados de "superligas" simplesmente porque têm boas propriedades de alta temperatura (sem microestruturas especiais).).
Antes de explicar essa microestrutura, quero mostrar um diagrama da relação entre a força de escoamento e a temperatura.
A força de rendimento é a medida de resistência mais básica usada pelos engenheiros (veja este artigo se você quiser uma explicação mais profunda).
Como você deve ter adivinhado, à medida que a temperatura aumenta, a intensidade deve diminuir. Calor significa que os átomos vibram mais rápido, por isso é mais provável que deslizem um pelo outro. Em quase todos os materiais, o aumento da temperatura reduz a resistência.
As superligas à base de níquel são uma exceção, como você pode ver no gráfico. À medida que a temperatura aumenta, há uma "corcunda" com um aumento na força. Isso é chamado de força de rendimento anormal porque a força não é normal.
A força de escoamento anormal significa-uma alta fração em seu ponto de fusão-uma superliga à base de níquel tem uma resistência muito maior do que a maioria dos materiais. É por isso que eles são tão bons em altas temperaturas.
As superligas à base de níquel têm uma força de escoamento anormal devido à sua estrutura gama/γ' única (números γ, γ-primos óbvios).
As razões para esse fenômeno na microestrutura são muito complicadas e difíceis de entender sem o pano de fundo da ciência dos materiais. Vou apresentá-lo a uma explicação completa em outro artigo. Estou muito deprimido, nunca aprendi isso na faculdade, então se você quiser que eu use palavras que você não conhece agora, a força de rendimento anormal é devido ao bloqueio deslizante cruzado de deslocamento parcial.
Mas chega-o que é gama e gama?
Gama é a terceira letra do alfabeto grego, γ. Por qualquer motivo, isso sempre se referiu às letras da fase FCC na história. γ também é usado para se referir à austenita no aço (porque a austenita é FCC).
FCC significa Cubo de face centrada, uma das estruturas cristalinas mais comuns e estáveis. Para entender como é o cristal FCC, imagine um cubo com um átomo em cada canto e em cada face do cubo. FCC é assim!
γ' é um composto intermetálico com uma estrutura L12. Este é um arranjo ordenado da FCC.
Existem átomos de Ni na superfície de γ' e outro átomo no ângulo. Normalmente, outro átomo é Al.
Vejamos uma mistura de 75% Ni, 25% Al para ilustrar a diferença entre γ e γ'.
γé uma solução alternativa de craqueamento catalítico. Como você pode ver antes, o Ni puro será uma FCC regular. Al pode ser dissolvido em Ni. Suponha que o alumínio 25% possa ser dissolvido em níquel e você obterá algo como a imagem à esquerda. Um quarto dos átomos de Ni será substituído aleatoriamente por Al (se você não tiver certeza de como eu calculei os átomos para determinar que um quarto deles é Al, sugiro que você leia este artigo).
Em γ', a estrutura é ordenada. O átomo de Al está sempre sentado no canto e Ni vai se sentar no rosto. γ' também pode ter uma substituição-não há regra que impeça o Ni de ir ao canto, mas a imagem à direita mostra o estado preferido. Se os átomos tendem a se organizar assim, a fase é L12. Se não houver preferência, a fase é apenas FCC.
Se você não explicar os erros, é difícil explicar muitas coisas sobre γ', mas farei o meu melhor. A combinação de γ e γ'é ótima porque γ é resistente e combina γ' duro. Devido à relação fase/matriz precipitada, a liga se beneficia da resistência e tenacidade.
Esse reforço é chamado de fortalecimento de precipitação e é comum na maioria das ligas avançadas.
Além disso, γ' é especial porque é relevante.
Os resultados mostram que a distância entre átomos em Ni e Ni3Al não é muito grande. O Ni3Al pode ser 1% menor que sua rede gama. Como resultado, a interface entre γ' e γ está conectada. Este não é o caso na precipitação incoerente (mais comum).
Se você imaginar que uma fileira de átomos precisa passar por outra linha, a interface de conexão entre γ e γ' permite que isso seja possível. É por isso que a precipitação de γ'é mais resistente que a maioria dos outros tipos de precipitados. Devido à tensão da rede, não é fácil deslizar entre os átomos, mas isso é possível.
Para precipitados incoerentes, a diferença entre a matriz e o precipitado é abrupta. Não há como empurrar uma fileira de átomos na matriz porque eles não estão conectados ao precipitado. Se houver força suficiente para empurrar uma fileira de átomos, pode haver rachaduras no material.
Além do fortalecimento da precipitação, as superligas também se beneficiam do fortalecimento da solução sólida. Este reforço está presente em todas as ligas, mas é particularmente digno de nota em superligas porque estas ligas são tão desenvolvidas que uma superliga comercial pode conter mais de uma dúzia de elementos.
