O material de construção Kanthal® APM é uma avançada liga ferrítica de ferro-cromo-alumínio (liga de FeCrAl), reforçada contra dispersão, obtida pelo processo de metalurgia do pó, recomendada para uso contínuo até 1.250 °C (2.280 °F) em ambientes redutores e oxidantes.
Kanthal® APMT tem alta resistência à deformação e excelente estabilidade estrutural. Kanthal® APMT forma um óxido superficial de Al2O3 protetor, não oxidante, quando exposta a alta temperatura, o que oferece boa proteção na maioria dos ambientes de combustão e do forno, isto é, oxidante, de sulfetação e cementação, bem como contra ataques de depósitos de coque, cinzas etc. A combinação de propriedades de oxidação e estabilidade estrutural excelentes tornam a liga única. A resistência superior da Kanthal® APMT à oxidação e cementação a torna muito adequada para aplicações de construção em alta temperatura em diversas atmosferas.
Aplicações
- Tubos de radiação para fornos de aquecimento elétrico e a gás.
- Retortas e abafadores para tratamento térmico e sinterização em alta temperatura de componentes metalúrgicos em pó
- Tubos protetores
- Componentes do queimador, bicos e detectores de chamas
- Carregadores de carga, como bandejas de carregamento de carga ou cestas
- Mobília de forno e componentes de construção de forno
- Componentes não resfriados em usinas de geração de energia alimentadas por carvão, gás e biocombustível
- Tubos de proteção de termopar em usinas de geração de energia e processos petroquímicos em alta temperatura
Valores e diagramas representam todas as formas do produto em estado de entrega, a menos que indicado de outra forma. Os valores apresentados em unidades imperiais são interpolados a partir de testes realizados em unidades do SI.
Formas de fornecimento
| Forma | Dimensões (mm) | Dimensões (pol.) | |
| Chapa | Largura | ≤ 1.500 | ≤ 47,24 |
| Espessura | 3–20 | 0,12–0,79 | |
| Comprimento | ≤ 3.300 | ≤ 118,44 | |
| Tubos extrudados | Diâm. externo | 26–260 | 1,05–10,24 |
| Espess. da parede | 2,87–11 | 0,11–0,43 | |
| Comprimento** | 3.000–13.000 | 118,11–511,81 | |
| Fitas laminadas a frio* | Largura | ≤ 205 | ≤ 8,07 |
| Espessura | 0,2–3 | 0,01–0,12 | |
| Fio | Ø | 0,2–9,5 | 0,01–0,37 |
| Haste | Ø | 5,5–12 | 0,22–0,47 |
| Barra circular | Ø | ≤ 100 | ≤ 3,94 |
| Comprimento | ≤ 4.500 | ≤ 177,17 | |
| Geratrizes de forja | Largura | ≤ 500 | ≤ 19,69 |
| Espessura | 35–170 | 1,38–6,69 | |
| Comprimento** | ≤ 3.000 | ≤ 118,11 | |
| Barra quadrada | ф | ≤ 150 | ≤ 5,91 |
| Comprimento | ≤ 4.500 | ≤ 177,17 |
Outros tamanhos e formas podem ser discutidos sob encomenda.
*) Fita laminada a frio pode ser entregue como produtos cortados no comprimento
**) Comprimento depende da seção transversal
Composição química
| C % | Si % | Mn % | Mo % | Cr % | Al % | Fe % | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Composição nominal | 3 | 21 | 5 | Equilíbrio | |||
| Mín. | - | - | - | 20,5 | - | ||
| Máx. | 0,08 | 0,7 | 0,4 | 23,5 | - |
Microestrutura
A estrutura é ferrítica tipicamente com tamanho de grão médio entre 30 e 50 mm em estado de entrega. Os grãos normalmente são alongados na direção longitudinal em fio e barra e geralmente estendidos no plano de produtos planos. Algumas formas de produtos estão sujeitas a uma recristalização secundária após a exposição a temperatura maior que 1.000 °C, que geralmente resulta em grãos longos e planos com comprimento ou largura de até algumas centenas de µm.
 |
 |
|
| Microfotografia gravada e polida, de chapa laminada a quente de 8 mm, estado de entrega | Seção de MET mostrando os limites de grãos e dispersão de partículas |
Propriedades físicas
| Densidade g/cm3 | 7,25 |
|---|---|
| Resistividade elétrica a 20 °C Ω mm2/m | 1,40 |
| Coeficiente de Poisson | 0,30 |
| Temp. °C | 100 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | 800 | 900 | 1.000 | 1.100 | 1.200 | 1.300 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Ct |
1,00 | 1,00 | 1,01 | 1,01 | 1,01 | 1,02 | 1,02 | 1,02 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,03 | 1,04 |
Módulo de Young
| Temperatura [°C] [GPa] |
20 | 100 | 200 | 400 | 600 | 800 | 1.000 |
| 220 | 210 | 205 | 190 | 170 | 150 | 130 |
Condutividade térmica
|
Temperatura [°C] |
Condutividade térmica |
Temperatura [°F] |
Condutividade térmica |
|
50 600 800 1.000 1.200 |
11 21 23 27 29 |
1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 |
12,5 13 14 15,5 16 17 |
Coeficiente de expansão térmica
|
Temperatura [°C] |
Expansão térmica (x10-6) [°C-1] |
Temperatura [°F] |
Expansão térmica (x10-6) [°F-1] |
|
20–250 20–500 20–750 20–1.000 20–1.250 |
12,4 13,1 13,6 14,7 15,4 |
68–400 68–600 68–800 68–1.000 68–1.200 68–1.400 68–1.600 68–1.800 68–2.000 68–2.200 |
6,8 7 7,2 7,3 7,4 7,6 7,9 8,1 8,4 8,6 |
Capacidade de calor específico
|
Temperatura [°C] |
Capacidade de calor específico |
Temperatura [°F] |
Capacidade de calor específico |
|
20 200 400 600 800 1.000 1.200 |
480 560 640 710 670 690 700 |
68 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000 2.200 |
0,11 0,12 0,13 0,14 0,15 0,16 0,17 0,16 0,16 0,16 0,17 0,17 |
| Ponto de fusão | 1.500 °C (2.732 °F) |
|---|---|
| Propriedades magnéticas | Ferromagnético, ponto de Curie aproximadamente 600 °C (1.112 °F) |
| Emissividade – material totalmente oxidado Ɛ | 0,70 |
Tratamento térmico
Pré-oxidação
O tratamento de pré-oxidação resulta em uma crosta protetora de alumina com cerca de 1 µm de espessura, ideal para exposição posterior em ambientes corrosivos. Antes do aquecimento, as superfícies devem ser limpas para remover qualquer sujeira, detritos, óleos etc., que podem ter um efeito negativo no óxido protetor. Os parâmetros de pré-oxidação recomendados são 8 horas a 1.050 °C. Taxa de resfriamento: 50 °C/h até 500 °C seguidos por resfriamento a ar. O uso de, por exemplo, ventiladores ou ar pressurizado para criar resfriamento forçado não é recomendado.
Alívio de tensão
O alívio de tensão pode ser feito após o processamento de formação adicional e é necessário depois da soldagem. Os parâmetros recomendados são 1 hora a 850° no ar, além do tempo necessário para que o calor penetre em toda a espessura do material. Taxa de resfriamento: 100 °C/h até 500 °C seguidos por resfriamento a ar. O uso de, por exemplo, ventiladores ou ar pressurizado para criar resfriamento forçado não é recomendado.
Fabricação
O Kanthal® APMT pode ser formado à temperatura ambiente, mas como a resistência ao impacto à temperatura ambiente é relativamente baixa, recomendamos, entretanto, que a deformação plástica seja realizada usando um pré-aquecimento de até T≥250 °C (480 °F).
O dobramento sobre a borda com raio oferece menor tensão localizada em comparação ao dobramento em V e é preferencial. Para placas e tiras, o raio de curvatura da borda Rmin ≥ 3t é recomendado, mas Rmin ≥ 2t geralmente é possível para placas de t ≤ 5 mm.
Para tubos, recomenda-se o dobramento indutivo com aquecimento até 875 °C. Normalmente, não é necessário tratamento térmico de alívio de tensão no processo de dobramento. O raio mínimo de dobramento, com alteração aceitável da espessura da parede de ± 10%, pode ser calculado a partir de
Rmin = 3 D.E.
Onde D.E. é o diâmetro externo do tubo e o raio do dobramento é definido a partir da linha de centro do tubo.
Corte e usinagem
O jato de água é a forma recomendada de corte da Kanthal APMT. O corte com serra de baixa velocidade com refrigeração abundante também pode ser usado.
A capacidade de usinagem da Kanthal® APMT é comparável à dos aços inoxidáveis ferríticos laminados ou forjados. No entanto, a velocidade de corte normalmente precisa ser reduzida em comparação às classes padrão. Um ponto de início para otimização de aproximadamente metade é recomendado com o objetivo de controlar a temperatura da ferramenta. Para a maioria das operações de usinagem, refrigerantes padrão baseados em emulsão podem ser usados. Uma exceção são as operações de furação profunda, onde óleo limpo oferece menor desgaste da ferramenta.
União
As recomendações são apenas para orientação, e a adequação de um material para uma aplicação específica só poderá ser confirmada quando as condições reais de serviço forem conhecidas. O desenvolvimento contínuo pode exigir alterações nos dados técnicos de soldagem sem aviso.
O método mais usado para unir APMT é a soldagem TIG/GTAW convencional. Métodos de união alternativos como rebitagem e rosqueamento foram testados, podem ser úteis para certas aplicações e possuem a vantagem de que a dispersão das partículas de fortalecimento permanece intacta.
Soldagem
Exemplos de preparações de solda e configurações TIG/GTAW que resultaram em soldas de topo com ranhura em V e soldas de filete são mostrados abaixo. Para soldar placas finas da Kanthal APMT, uma corrente mais baixa é mais adequada. Essas soldas foram feitas com pré-aquecimento a 250 ± 50 °C (480 ± 90 °F) e mantidas aquecidas até que a tensão da junta fosse aliviada a 850 °C por 1 hora. O argônio puro é recomendado como gás de proteção. É muito importante que o gás não contenha adições de CO2 ou NO.
|
Passagem |
Corrente [A] |
Voltagem [V] |
Polaridade |
Velocidade de deslocamento [mm/min] |
Gás de proteção |
|
Raiz |
75-95 |
12-14 |
DCEN |
15-30 |
Ar 99,99% |
|
2-3 |
150-175 |
13-16 |
DCEN |
40-70 |
Ar 99,99% |
|
4+ |
150-175 |
13-16 |
DCEN |
75-110 |
Ar 99,99% |
|
Passagem |
Corrente [A] |
Voltagem [V] |
Polaridade |
Velocidade de deslocamento [mm/min] |
Gás de proteção |
|
1 |
160-180 |
13-16 |
DCEN |
70-100 |
Ar 99,99% |
|
2+ |
160-180 |
13-16 |
DCEN |
70-100 |
Ar 99,99% |
Consumíveis de soldagem
Para soldagem TIG/GTAW, podem ser usados fios de Ø1,6 ou 2,4 mm. Recomenda-se Ø1,6 mm para a passagem de origem e, para passagens posteriores, pode-se usar 1,6 ou 2,4 mm.
Ao soldar APMT a outros materiais, APMT geralmente é o material mais sensível entre os dois e a soldagem pode ser realizada da mesma forma que a soldagem entre APMT e APMT.
Consumíveis recomendados da soldagem para APMT relativamente a algumas ligas comuns
| Relativo à solda | Enchimento |
| Kanthal APMT | Kanthal APMT |
| Ligas à base de Ni, 600, 601 | Kanthal APMT ou Exaton Ni72HP |
| Aço inoxidável austenítico de alta liga, 310, 353MA, 253MA, 800, HK40, HP | Exaton 25.20L |
| Aço inoxidável austenítico, 304, 316, 347 |
Exaton 25.20L |
| Aços inoxidáveis ferríticos, 409, 430, 446 | Kanthal APMT |
| Carbono e aço de baixa liga | OK Autrod 12.64 |
Pré-aquecimento
Recomenda-se o pré-aquecimento até 250 ± 50 °C (480 ± 90 °F). Se possível, deve-se evitar o pré-aquecimento com chama/maçarico aberto ou, se for a única opção, ser realizado por pessoal experiente na soldagem de APMT devido às dificuldades de alcançar uma distribuição de temperatura uniforme na área de solda.
Se necessário, deve-se realizar o reaquecimento da área de solda com o objetivo de manter a temperatura da solda com o mínimo de 200 °C (390 °F) durante o procedimento de soldagem.
Tratamento térmico pós-solda – PWHT
Um alívio de tensão pós-solda deve ser realizado diretamente após a soldagem. A solda não pode resfriar para menos de 200 °C (390 °F) antes que o tratamento térmico pós-solda seja realizado. Para obter os parâmetros, consulte tratamento térmico. Recomendamos uma combinação de alívio de tensão e pré-oxidação da área de solda, em conjunto com o tratamento térmico pós-solda em caso de soldagem de APMT com APMT.
Limpeza inicial e limpeza pós-solda
O desengraxamento das faces de união deve ser feito antes da soldagem. A limpeza pós-solda pode ser feita mecanicamente com escova de aço inoxidável.
Resistência retida na solda
Kanthal® APMT é uma avançada liga metálica obtida através do processo de metalurgia do pó e a soldagem terá um impacto negativo nas propriedades mecânicas e de deformação em alta temperatura do material. O motivo é a ruptura da estrutura granular e a distribuição da dispersão. Dados representativos da resistência à deformação das soldas TIG feitas com enchimento de Kanthal® APMT podem ser vistos no diagrama. Por exemplo, a 1.000 °C (1.830 °F), a resistência à ruptura da solda pode ser comparada ao material não afetado a 1.100 °C (2.010 °F).
Informações adicionais
Essas orientações/recomendações consideram as propriedades de corrosão e oxidação durante exposição prolongada à alta temperatura. Portanto, nossas recomendações podem divergir das recomendações de soldagem tradicionais usadas na soldagem de construção. Para obter mais orientações, entre em contato com o representante de vendas de Kanthal local.
Propriedades mecânicas
Propriedades de tração à temperatura ambiente de 20 °C (68 °F)
| Limite de elasticidade Rp0,2 MPa (ksi) |
Resistência à tração Rm MPa (ksi) |
Alongamento A % |
Dureza Hv |
|---|---|---|---|
| 510–600 (74–87) | 725–780 (105–113) | Normalmente 10-15 | 250 |
Observação: Materiais em seções pesadas geralmente possuem maior resistência à tração e valores de alongamento menores.
Propriedades mecânicas em temperatura elevada
Todos os valores são valores médios representativos em condições de entrega. As amostras são retiradas na direção longitudinal a partir do tubo e nas direções de comprimento e seção em chapa laminada a quente.
Teste de impacto
O gráfico mostra resultados de Charpy-V testado no aquecimento. Amostras padrão foram usinadas a partir de chapa laminada a quente de 12 mm. Uma transição de baixo para alto regime de energia de absorção ocorre a cerca de 200 °C (390 °F). Existe um comportamento semelhante para outras formas de produto na seção relativamente pesada, como tubo extrudado.
|
Temperatura °C (°F) |
Resistência à tração Rm MPa (ksi) |
|---|---|
| 600 (1.112) | 420 (61) |
| 800 (1.472) | 120 (17) |
| 1.000 (1.832) | 42 (6) |
| 1.200 (2.192) |
16 (2,3) |
Teste de tração a quente – teste Gleeble (taxa de deformação ~1 s-1)
| Tempo | Temperatura/ tensão (MPa) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| h | 700 °C | 800 °C | 900 °C | 1.000 °C | 1.100 °C | 1.200 °C | 1.300 °C |
| 100 | 39,9 | 26,2 | 19,7 | 12,7 | 7 | 3,4 | 2,1 |
| 1.000 | 36,8 | 23,4 | 16,2 | 9,9 | 5 | 2,3 | 1,5 |
| 10.000 | 34 | 21 | 13,2 | 7,8 | 3,6 | 1,6 | 1,2 |
| 100.000 | 31,4 | 18,8 | 10,8 | 6,1 | 2,6 | 1,1 | 0,9 |
Os dados de alongamento de 1% são calculados a partir dos dados de índice mínimo de deformação. Em geral, existe uma quantidade inicial de deformação primária da ordem de 0,3% a 1% dependendo da forma, temperatura e nível de tensão do produto. O alongamento total até a ruptura depende da temperatura e da tensão, mas normalmente é da ordem de 3 a 12%, onde o intervalo mais baixo representa os níveis de baixa tensão.
| Tempo | Temperatura/ tensão (MPa) | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| h | 700 °C | 800 °C | 900 °C | 1.000 °C | 1.100 °C | 1.200 °C | 1.300 °C |
| 100 | 45 | 29,2 | 21,6 | 14,4 | 8,7 | 4,6 | 2,7 |
| 1.000 | 39,7 | 24,8 | 17,0 | 10,8 | 5,5 | 2,5 | 1,5 |
| 10.000 | 35 | 21,1 | 13,4 | 8,1 | 3,5 | 1,4 | 0,9 |
| 100.000 | 30,8 | 18 | 10,6 | 6,1 | 2,3 | 0,8 | 0,5 |
Os dados de deformação de ruptura são valores médios representativos para tubo, barra e chapa laminada a quente, com base em testes de deformação realizados no tempo e faixa de temperaturas indicados pelo comprimento das linhas sólidas nos diagramas (tempos de teste menores que 50.000 horas). Vale salientar que a vida útil do componente em seções mais finas pode ser limitada pela oxidação/corrosão em vez da deformação de ruptura em níveis de baixa tensão e tempos de exposição longos conforme indicado pela área sombreada nas tabelas. Ruptura de 10.000 horas em comparação a algumas outras ligas são mostradas no diagrama.
Tensão da deformação de ruptura
Diagrama de Larsson-Miller
Taxa de deformação secundária
Resistência à corrosão
Propriedades de corrosão e oxidação em alta temperatura
Kanthal® APMT apresenta excelentes propriedades de corrosão em alta temperatura devido à formação espontânea de uma camada fina de óxido de alumínio (Al2O3) que protege o material base contra o ataque corrosivo. As propriedades mais importantes da crosta estão resumidas abaixo:
- Estabilidade termodinâmica – também se forma em atmosferas protetoras em pontos de orvalho muito baixos
- Inerte – uma vez formada, é muito estável no que diz respeito a reações químicas
- Densa – forma uma barreira muito efetiva contra a difusão de carbono e penetração de contaminantes
- Fina – quantidades muito pequenas de alumínio são consumidas para formar e manter a crosta, o que resulta em vida útil de oxidação muito longa
- Aderente – resistente à espalação durante a ciclagem térmica
Propriedades de oxidação
A resistência à oxidação da Kanthal® APMT é superior à das ligas austeníticas de formação de crômia de alta liga baseadas em Ni devido à sua proteção de alumina. Ela oferece menos espalação da crosta e a alumina não é, ao contrário da crômia, sensível à emissão de voláteis em atmosferas úmidas.
Kanthal® APMT é recomendada para serviço em ar e na maioria dos gases redutores e oxidantes até 1.250 °C (2.280 °F), aproximadamente 100 °C (180 °F) mais alto que as ligas de formação de crômia de melhor desempenho. Para períodos mais curtos, temperaturas de até 1.300 °C (2.372 °F) são aceitáveis sem efeitos prejudiciais significativos.
A resistência à corrosão em N2 ou H2/N2 seco é muito boa quando DP é maior que -25 °C (-13 °F). Abaixo desse nível de conteúdo de água, a liga pode ficar suscetível à nitretação em certas situações.
A figura abaixo mostra alteração de massa durante a oxidação intermitente em ar a 1.100 °C. Após um período inicial, os tempos de ciclo foram de aproximadamente 100 horas. Kanthal® APMT apresenta um ganho de peso subparabólico, enquanto a crosta de óxido na liga de Fe25Cr35Ni começa a descamar depois de menos de 24 horas.
Vida útil limitada pela oxidação
A vida útil limitada pela oxidação é determinada pelo consumo gradual de Al dentro da liga. A crosta de alumina protetora quebra após tempo estendido em alta temperatura quando o nível de Al atingiu entre 1 e 3 wt%, dependendo da temperatura e ciclagem térmica. A vida útil de oxidação comparativa pode ser estimada de acordo com ASTM B78-81. O teste é realizado em fio de Ø 0,7 mm e os resultados são exibidos no diagrama para Kanthal® APMT e algumas outras ligas de alta temperatura.
Propriedades de carbonetação
A formação de uma crosta de alumina protetora oferece à Kanthal® APMT resistência superior contra carbonetação em comparação às ligas de formação de crômia.
Na figura abaixo, a profundidade média de carbonetação foi calculada com base na perda total de material durante o teste.
