Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2022
Autor(a) principal: Menezes, Roberta Araújo Cavalcante de
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56512
Resumo: EUROFER is the reference steel for manufacturing structural components used in nuclear fusion reactors. It is a reduced activity ferritic-martensitic (RAFM) stainless steel, with has its good mechanical strength, corrosion resistance, creep resistance, and reduced radioactive activity, as well as a low ductile-to-brittle transition temperature. However, being a stainless steel, it cannot operate at temperatures exceeding 500 °C, as microstructural changes occur, leading to material embrittlement. Studies have been conducted to mitigate this issue, and the solution was to strengthen the steel through oxide dispersion strengthening (ODS) with yttrium oxide processed via powder metallurgy (PM). The objective of this work is to contribute to the development of new EUROFERbased alloys with the addition of niobium pentoxide (Nb2O5) processed by PM using highenergy milling (HEM) and sintering via Spark Plasma Sintering (SPS). Pure EUROFER chips were milled in a high-energy ball mill for different times (5h, 10h, and 15h), both with and without the addition of Nb2O5 (0%wt., 3%wt., 5%wt., and 7%wt.) over the same time intervals. The powders were sintered via SPS and conventional furnace (CF). The effects of milling time and Nb2O5 concentration, as well as sintering methods, on the physical, mechanical, and magnetic properties of the sintered materials were analyzed. The results showed that increasing the milling time reduced the average particle size distribution by 57% and improved the sinterability of the milled powders. X-ray diffraction (XRD) and magnetic analyses of the powders with added Nb2O5 suggest a new composition of the steel's solid solution. XRD analyses of SPS-sintered samples reveal the formation of retained martensitic and austenitic phases. The microhardness of the alloys obtained from pure EUROFER chips sintered by SPS (≈ 560 HV) was higher than those sintered by CF (≈ 65 HV) and the as-received bar (410 HV). The addition of Nb2O5 to the steel maintained the microhardness of samples sintered via SPS in the same order of magnitude as the bar, while those sintered via CF exhibited lower values (≈ 78 HV). Furthermore, the densities of the samples sintered via SPS were higher than those sintered via CF. Given the presented results, the production of these new alloys holds promise for developing new materials with lower density and higher hardness compared to the initial EUROFER alloy.
id UFRN_27fa79b3c694ee3485b5ff3b4152b86a
oai_identifier_str oai:repositorio.ufrn.br:123456789/56512
network_acronym_str UFRN
network_name_str Repositório Institucional da UFRN
repository_id_str
spelling Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do póEuroferNb2O5Metalurgia do póMoagem de alta energiaSinterizaçãoCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICAEUROFER is the reference steel for manufacturing structural components used in nuclear fusion reactors. It is a reduced activity ferritic-martensitic (RAFM) stainless steel, with has its good mechanical strength, corrosion resistance, creep resistance, and reduced radioactive activity, as well as a low ductile-to-brittle transition temperature. However, being a stainless steel, it cannot operate at temperatures exceeding 500 °C, as microstructural changes occur, leading to material embrittlement. Studies have been conducted to mitigate this issue, and the solution was to strengthen the steel through oxide dispersion strengthening (ODS) with yttrium oxide processed via powder metallurgy (PM). The objective of this work is to contribute to the development of new EUROFERbased alloys with the addition of niobium pentoxide (Nb2O5) processed by PM using highenergy milling (HEM) and sintering via Spark Plasma Sintering (SPS). Pure EUROFER chips were milled in a high-energy ball mill for different times (5h, 10h, and 15h), both with and without the addition of Nb2O5 (0%wt., 3%wt., 5%wt., and 7%wt.) over the same time intervals. The powders were sintered via SPS and conventional furnace (CF). The effects of milling time and Nb2O5 concentration, as well as sintering methods, on the physical, mechanical, and magnetic properties of the sintered materials were analyzed. The results showed that increasing the milling time reduced the average particle size distribution by 57% and improved the sinterability of the milled powders. X-ray diffraction (XRD) and magnetic analyses of the powders with added Nb2O5 suggest a new composition of the steel's solid solution. XRD analyses of SPS-sintered samples reveal the formation of retained martensitic and austenitic phases. The microhardness of the alloys obtained from pure EUROFER chips sintered by SPS (≈ 560 HV) was higher than those sintered by CF (≈ 65 HV) and the as-received bar (410 HV). The addition of Nb2O5 to the steel maintained the microhardness of samples sintered via SPS in the same order of magnitude as the bar, while those sintered via CF exhibited lower values (≈ 78 HV). Furthermore, the densities of the samples sintered via SPS were higher than those sintered via CF. Given the presented results, the production of these new alloys holds promise for developing new materials with lower density and higher hardness compared to the initial EUROFER alloy.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPqEUROFER é o aço referência para fabricação de componentes estruturais utilizados em reatores de fusão nuclear. Ele é um aço inoxidável ferrítico-martensítico de atividade reduzida (reduced activity ferritic-martensitic - RAFM), que apresenta boa resistência mecânica, à corrosão, à fluência e à danos radioativos (atividade reduzida), além de baixa temperatura de transição dúctil-frágil. Porém, por ser um aço inoxidável não pode trabalhar em temperatura superior a 500 °C, pois ocorre mudanças microestruturais que fragilizam o material. Estudos foram desenvolvidos para mitigar este problema, e a solução foi o endurecimento do aço por dispersão de óxido (oxide dispersion strengthened – ODS) de ítrio processado pela metalurgia do pó (MP). O objetivo deste trabalho é contribuir para o desenvolvimento de novas ligas à base de EUROFER com a adição do pentóxido de nióbio (Nb2O5) processadas por MP utilizando a moagem de alta energia (MAE) e sinterização via Spark plasma sintering (SPS). Os cavacos de EUROFER puro foram moídos em moinho de bolas de alta energia por diferentes tempos (5h, 10h e 15h), e com adição de Nb2O5 (0%p., 3%p., 5%p. e 7%p) nos mesmos intervalos de tempo. Os pós foram sinterizados via SPS e forno convencional (FC). Foram analisados o efeito da variação do tempo de moagem e da concentração de Nb2O5, além dos métodos de sinterização, nas propriedades físicas, mecânicas e magnética dos materiais sinterizados. Os resultados mostraram que o aumento do tempo de moagem reduziu a distribuição do tamanho médio das partículas em 57% e melhorou a sinterabilidade dos pós moídos. As análises de DRX e magnéticas dos pós com adição de Nb2O5 sugerem uma nova composição da solução sólida do aço. Já as análises de DRX dos sinterizados via SPS mostram a formação das fases martensita e austenita retida. A microdureza das ligas obtidas a partir dos cavacos de EUROFER puro sinterizados por SPS (≈ 560 HV), foram superiores aos sinterizados por FC (≈ 65 HV) e da barra como recebida (410 HV). A adição do Nb2O5 no aço, manteve a microdureza dos sinterizado via SPS na ordem de grandeza da barra, porém os sinterizados via FC apresentaram valores inferiores (≈ 78 HV). Além disso, as densidades das amostras sinterizadas via SPS foram maiores do que as sinterizadas via FC. Diante dos resultados apresentados, a produção dessas novas ligas mostra-se promissora para o desenvolvimento novos materiais com menor densidade e maior dureza comparado a liga inicial de EUROFER.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAISGomes, Uilame Umbelinohttp://lattes.cnpq.br/2901038109410363http://lattes.cnpq.br/9858094266525225Nascimento, Rubens Maribondo dohttps://orcid.org/0000-0001-9094-0044http://lattes.cnpq.br/8671649752936793Araújo, José Humberto deSilva, Angelus Giuseppe Pereira daLima, Maria José SantosMenezes, Roberta Araújo Cavalcante de2023-12-20T19:18:18Z2023-12-20T19:18:18Z2022-01-28info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfMENEZES, Roberta Araújo Cavalcante de. Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó. Orientador: Dr. Uilame Umbelino Gomes. 2022. 109f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56512info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2023-12-20T19:18:57Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/56512Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2023-12-20T19:18:57Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
dc.title.none.fl_str_mv Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
title Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
spellingShingle Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
Menezes, Roberta Araújo Cavalcante de
Eurofer
Nb2O5
Metalurgia do pó
Moagem de alta energia
Sinterização
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
title_short Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
title_full Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
title_fullStr Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
title_full_unstemmed Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
title_sort Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó
author Menezes, Roberta Araújo Cavalcante de
author_facet Menezes, Roberta Araújo Cavalcante de
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gomes, Uilame Umbelino
http://lattes.cnpq.br/2901038109410363
http://lattes.cnpq.br/9858094266525225
Nascimento, Rubens Maribondo do
https://orcid.org/0000-0001-9094-0044
http://lattes.cnpq.br/8671649752936793
Araújo, José Humberto de
Silva, Angelus Giuseppe Pereira da
Lima, Maria José Santos
dc.contributor.author.fl_str_mv Menezes, Roberta Araújo Cavalcante de
dc.subject.por.fl_str_mv Eurofer
Nb2O5
Metalurgia do pó
Moagem de alta energia
Sinterização
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
topic Eurofer
Nb2O5
Metalurgia do pó
Moagem de alta energia
Sinterização
CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA DE MATERIAIS E METALURGICA
description EUROFER is the reference steel for manufacturing structural components used in nuclear fusion reactors. It is a reduced activity ferritic-martensitic (RAFM) stainless steel, with has its good mechanical strength, corrosion resistance, creep resistance, and reduced radioactive activity, as well as a low ductile-to-brittle transition temperature. However, being a stainless steel, it cannot operate at temperatures exceeding 500 °C, as microstructural changes occur, leading to material embrittlement. Studies have been conducted to mitigate this issue, and the solution was to strengthen the steel through oxide dispersion strengthening (ODS) with yttrium oxide processed via powder metallurgy (PM). The objective of this work is to contribute to the development of new EUROFERbased alloys with the addition of niobium pentoxide (Nb2O5) processed by PM using highenergy milling (HEM) and sintering via Spark Plasma Sintering (SPS). Pure EUROFER chips were milled in a high-energy ball mill for different times (5h, 10h, and 15h), both with and without the addition of Nb2O5 (0%wt., 3%wt., 5%wt., and 7%wt.) over the same time intervals. The powders were sintered via SPS and conventional furnace (CF). The effects of milling time and Nb2O5 concentration, as well as sintering methods, on the physical, mechanical, and magnetic properties of the sintered materials were analyzed. The results showed that increasing the milling time reduced the average particle size distribution by 57% and improved the sinterability of the milled powders. X-ray diffraction (XRD) and magnetic analyses of the powders with added Nb2O5 suggest a new composition of the steel's solid solution. XRD analyses of SPS-sintered samples reveal the formation of retained martensitic and austenitic phases. The microhardness of the alloys obtained from pure EUROFER chips sintered by SPS (≈ 560 HV) was higher than those sintered by CF (≈ 65 HV) and the as-received bar (410 HV). The addition of Nb2O5 to the steel maintained the microhardness of samples sintered via SPS in the same order of magnitude as the bar, while those sintered via CF exhibited lower values (≈ 78 HV). Furthermore, the densities of the samples sintered via SPS were higher than those sintered via CF. Given the presented results, the production of these new alloys holds promise for developing new materials with lower density and higher hardness compared to the initial EUROFER alloy.
publishDate 2022
dc.date.none.fl_str_mv 2022-01-28
2023-12-20T19:18:18Z
2023-12-20T19:18:18Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
format doctoralThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv MENEZES, Roberta Araújo Cavalcante de. Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó. Orientador: Dr. Uilame Umbelino Gomes. 2022. 109f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56512
identifier_str_mv MENEZES, Roberta Araújo Cavalcante de. Estudo do efeito da adição de pentóxido de nióbio na microestrutura e propriedades do aço Eurofer processado pela metalurgia do pó. Orientador: Dr. Uilame Umbelino Gomes. 2022. 109f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2022.
url https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/56512
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFRN
instname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron:UFRN
instname_str Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
instacron_str UFRN
institution UFRN
reponame_str Repositório Institucional da UFRN
collection Repositório Institucional da UFRN
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@bczm.ufrn.br
_version_ 1855758761198616576