Ligação de uma liga γ-TiAl por brasagem por difusão

Abstract

O presente estudo incide sobre o processamento de ligações por brasagem por difusão entre a liga Ti-47Al-2Cr-2Nb (% atómica). Foram processadas ligações recorrendo a duas ligas de brasagem distintas, a saber: Ti-33Ni (% ponderal) e Ti-15Cu-15Ni (% ponderal). O processamento foi efectuado em vazio, entre 980 e 1200ºC com um tempo de estágio de 10 minutos à temperatura de brasagem. Foram também efectuadas experiências, para ambas as ligas de brasagem, abaixo das respectivas temperaturas de solidus, com o intuito de obter informações complementares quanto aos principais mecanismos responsáveis pelo estabelecimento das ligações. As ligações obtidas com a liga de brasagem Ti-33Ni foram posteriormente tratadas termicamente, entre 1250 e 1400ºC com tempos de estágio de 30 e de 240 minutos. A microestrutura e a composição química das interfaces foram analisadas por Microscopia Electrónica de Varrimento (MEV) e por Espectroscopia de dispersão de Energias (EDS), respectivamente. As superfícies de fractura das amostras ligadas foram analisadas por MEV, EDS e por Difracção de Raios-X (DRX) e o comportamento mecânico das ligações foi estimado mediante a realização de ensaios de microdureza. O processamento de ligações com a liga Ti-33Ni resulta na formação de interfaces compostas por duas camadas de reacção distintas, ambas essencialmente constituídas por α2-Ti3Al e por TiNiAl. Quando o processamento é efectuado a 1150 ou a 1200ºC, o composto γ-TiAl também é detectado nas Interfaces. Os tratamentos térmicos efectuados promovem a substituição da microestrutura das interfaces obtidas após brasagem por uma mistura composta por grãos monofásicos (de γ-TiAl e de α2-Ti3Al) e de grãos constituídos por lamelas de γ-TiAl e de α2-Ti3Al, com pequenas partículas de TiNiAl localizadas essencialmente nas fronteiras destes constituintes. O tratamento térmico efectuado a 1350ºC com um tempo de estágio de 30 minutos não altera a composição nem a microestrutura da liga γ-TiAl, contrariamente ao efectuado a 1400ºC, e induz uma dissolução mais intensa das partículas de TiNiAl, comparativamente ao tratamento efectuado a 1250ºC com um tempo de estágio de 240 minutos. Os ensaios de microdureza mostram que ambas as camadas de reacção são mais duras que os dois constituintes principais da liga γ-TiAl: os grãos de γ-TiAl e os grãos lamelares compostos por γ-TiAl e por α2-Ti3Al. Estes ensaios também indicam que os tratamentos térmicos efectuados provocam uma diminuição da dureza das interfaces. Verificou-se também que a fractura das ligações obtidas após brasagem ocorre através do centro da interface, enquanto que as ligações tratadas termicamente fracturam através da interface e/ou pela liga γ-TiAl. O processamento de ligações mediante a utilização da liga Ti-15Cu-15Ni resulta na formação de interfaces compostas por três camadas de reacção distintas, essencialmente constituídas por α2-Ti3Al e por compostos intermetálicos Ti-Ni-Cu-Al e Ti-Ni-Cu. Todas as camadas de reacção são mais duras que os constituintes da liga γ-TiAl.

The joining of a gamma based titanium aluminide alloy (Ti-47Al-2Cr-2Nb (at.%)) by diffusion brazing was investigated. Two different clad-laminated braze alloys were chosen as filler metal: Ti-33Ni (wt. %) and Ti-15Cu-15Ni (wt. %). Brazing was carried out in vacuum in the temperature range of 980 to 1200ºC for 10 minutes. Experiments were also conducted bellow the solidus temperature of each filler alloy in the temperature range of 600 to 900ºC, in order to obtain complementary informations about the mechanisms that promote the bonding between the titanium aluminide samples. The joints obtained by brazing with the Ti-33Ni braze alloy were subsequently heat treated between 1250 and 1400ºC for 30 to 240 minutes. The microstructure and the chemical composition of the interfaces were analysed by scanning electron microscopy (SEM) and by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), respectively. Microhardness tests performed across the interfaces were used to roughly predict the mechanical characteristics of the joints. The fracture surfaces of the joints were analysed by SEM, EDS and XRD (X-Ray diffraction). Brazing with the Ti-33Ni alloy produced interfaces composed of two distinct layers, both essentially composed of α2-Ti3Al and TiNiAl. When joints are brazed at 1150 and 1200ºC, the γ-TiAl phase is also detected at the interface. After being heat treated the as-joined microstructure of the interface is always completely replaced by a mixture composed of γ-TiAl and α2–Ti3Al single phase grains and of (α2 + γ) lamellar grains, with small TiNiAl particles dispersed mainly along the grain boundaries of both single phase and lamellar grains. Heat treating at 1350ºC does not affect the microstructure neither the chemical composition of the intermetallic alloy, as does the heat treatment performed at 1400ºC for 30 minutes, and induces a greater dissolution of the TiNiAl particles in comparison to heat treating at 1250ºC for 240 minutes. Microhardness tests showed that both reaction layers of the as-joined interfaces are harder than either the γ or the (α2 + γ) lamellar grains of the intermetallic alloy and that all heat treatments produce interfaces which present hardness values lower than those obtained after joining. The as-joined samples always fracture across the centre of the interface while the fracture of heat treated samples occurs either through the interface or through the intermetallic alloy. Brazing with the Ti-15Cu-15Ni alloy produced layered interfaces consisting in three different reaction layers, which are essentially composed of α2-Ti3Al and of Ti-Ni-Cu-Al and Ti-Ni-Cu intermetallic compounds. All reaction layers are harder than either the γ or the (α2 + γ) lamellar grains of the intermetallic alloy.