Skip navigation
Universidade Federal da Bahia |
Repositório Institucional da UFBA
Use este identificador para citar ou linkar para este item: https://repositorio.ufba.br/handle/ri/41965
Registro completo de metadados
Campo DCValorIdioma
dc.creatorSantana, Paulo Moura Bispo de-
dc.date.accessioned2025-05-09T13:43:33Z-
dc.date.available2025-05-09T13:43:33Z-
dc.date.issued2025-02-13-
dc.identifier.citationSANTANA, Paulo Moura Bispo de. Investigação do Efeito da Adição de Alumínio, Titânio E Zircônio nas Propriedades Mecânicas a Quente de Ligas Ni-Cr-Nb Utilizadas em Fornos de Pirólises. Tese (doutorado) - Programa de Engenharia Industrial. Universidade Federal da Bahia, Salvador, 2025.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufba.br/handle/ri/41965-
dc.description.abstractThis study was motivated by the failure analysis of pyrolysis furnace coils that ruptured after 43,370 hours of operation. The investigation focused on the interaction between carburization, creep, and ductility loss, employing finite element analysis to evaluate thermal stresses, magnetic permeability measurements, and NACE TM0498 testing to determine carburization depth, along with microscopy and X-ray diffraction techniques. The results showed that tubes operating at higher temperatures experienced severe degradation, with extensive carbide formation, significant ovalization, and brittle fractures associated with the accumulation of residual stresses. These findings highlighted the need to improve the materials used in such critical components. In response, this work assessed the effects of adding aluminum, titanium, and zirconium to Ni-Cr-Nb alloys, aiming to enhance mechanical properties and increase resistance to carburization and creep degradation. Four alloys produced by static casting were studied, with compositions of 0.4C-30Cr-40Ni-1Nb; 0.4C-30Cr-40Ni- 1Nb-3Al; 0.4C-30Cr-40Ni-1Nb-3Al-0.2Ti; and 0.4C-30Cr-40Ni-1Nb-3Al-0.2Zr. These were subjected to carburizing atmospheres at 1150°C for 480 hours and creep tests under a constant load of 17MPa at the same temperature. Microstructural characterization included optical microscopy, SEM, EDS, EBSD, and dilatometry. The addition of aluminum effectively promoted the formation of more stable protective oxide layers, increasing carburization resistance, while titanium and zirconium had limited influence. Regarding creep performance, aluminum-free alloys showed superior behavior in non-carburizing environments; however, the combination of Al with Ti or Zr delayed the transition to critical damage stages under carburizing conditions, extending rupture time and demonstrating potential for severe service applications. This study underscores the relevance of integrating scientific knowledge with industrial practice, showing how a detailed understanding of failure mechanisms can guide the development of more robust alloys and optimize operational strategies—preserving structural integrity, reducing maintenance costs, and improving the efficiency of critical industrial processes such as hydrocarbon thermal cracking.pt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIApt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectPetroquímicapt_BR
dc.subjectForno de Pirolisept_BR
dc.subjectCarburizaçãopt_BR
dc.subjectLigas Ni-Cr-Nb-Alpt_BR
dc.subject.otherPetrochemicalspt_BR
dc.subject.otherPyrolysis Furnacept_BR
dc.subject.otherCarburizationpt_BR
dc.subject.otherNi-Cr-Nb alloyspt_BR
dc.subject.otherNi-Cr-Nb-Al alloyspt_BR
dc.titleInvestigação do efeito da adição de alumínio, titânio e zircônio nas propriedades mecânicas a quente de ligas Ni-Cr-Nb utilizadas em fornos de pirólisespt_BR
dc.title.alternativeInvestigation of the addition of aluminum, titanium, and zirconium on the high-temperature mechanical properties of Ni-Cr-Nb alloys used in a pyrolysis furnacespt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.refereesSilva, Ivan Costa da-
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Industrial (PEI) pt_BR
dc.publisher.initialsUFBApt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIASpt_BR
dc.contributor.advisor1Albuquerque, Elaine Christine de Magalhães Cabral-
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3472-9129pt_BR
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1624091546521389pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Sousa, Carlos Alberto Caldas de-
dc.contributor.advisor-co1IDhttps://orcid.org/0000-0001-5262-3734pt_BR
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4756623498592279pt_BR
dc.contributor.referee1Albuquerque, Elaine Christine de Magalhães Cabral-
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000-0002-3472-9129pt_BR
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1624091546521389pt_BR
dc.contributor.referee2Sousa, Carlos Alberto Caldas de-
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000-0001-5262-3734pt_BR
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/4756623498592279pt_BR
dc.contributor.referee3Malfatti, Célia de Fraga-
dc.contributor.referee3IDhttps://orcid.org/0000-0002-0819-479Xpt_BR
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/6651224672106734pt_BR
dc.contributor.referee4Barra, Sérgio Rodrigues-
dc.contributor.referee4IDhttps://orcid.org/0000-0002-0452-1116pt_BR
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/1370658305036441pt_BR
dc.contributor.referee5Costa, André Luiz de Moraes-
dc.contributor.referee5IDhttps://orcid.org/0000-0003-2488-2477pt_BR
dc.contributor.referee5Latteshttp://lattes.cnpq.br/6786344319040698pt_BR
dc.creator.IDhttps://orcid.org/0000-0001-7902-1717pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6270581540978763pt_BR
dc.description.resumoEste estudo foi motivado pela falha de serpentinas de um forno de pirólise, que sofreram ruptura após 43.370 horas de operação. A investigação abordou a interação entre os mecanismos de carburização, fluência e perda de ductilidade, com o apoio de simulações por elementos finitos, avaliação de tensões térmicas, ensaios de permeabilidade magnética e testes NACE TM498 para quantificação da profundidade de carburização, além de análises por microscopia e difração de raios X. Os resultados revelaram que os tubos submetidos a temperaturas mais elevadas apresentaram degradação severa, caracterizada por intensa formação de carbonetos, ovalização e rupturas frágeis associadas ao acúmulo de tensões residuais. Com base nesses achados, evidenciou-se a necessidade de aprimoramento dos materiais utilizados nesses componentes críticos. Nesse contexto, este trabalho avaliou o efeito da adição de alumínio, titânio e zircônio em ligas Ni-Cr-Nb, com o objetivo de otimizar propriedades mecânicas e aumentar a resistência à degradação por carburização e fluência. Foram analisadas quatro ligas produzidas por fundição estática com diferentes composições (0,4C-30Cr-40Ni-1Nb; 0,4C-30Cr-40Ni-1Nb-3Al; 0,4C-30Cr-40Ni-1Nb-3Al-0,2Ti; e 0,4C- 30Cr-40Ni-1Nb-3Al-0,2Zr), submetidas a exposição em atmosfera carburante a 1150°C por 480 horas e a ensaios de fluência sob 17MPa. A caracterização microestrutural incluiu microscopia óptica, MEV, EDS, EBSD e dilatometria. A adição de alumínio mostrou-se eficaz na formação de camadas protetoras estáveis contra carburização, enquanto titânio e zircônio tiveram efeitos limitados. Nos ensaios de fluência, as ligas sem alumínio apresentaram melhor desempenho na ausência de atmosferas agressivas; porém, a presença combinada de Al com Ti ou Zr retardou o avanço da degradação sob exposição carburante, prolongando o tempo de ruptura. Os resultados reforçam a importância da integração entre conhecimento científico e aplicação industrial no desenvolvimento de ligas mais resistentes, contribuindo para a integridade estrutural, a redução de custos de manutenção e a eficiência operacional de processos críticos como o craqueamento térmico de hidrocarbonetos.pt_BR
dc.publisher.departmentEscola Politécnicapt_BR
dc.contributor.refereesLatteshttp://lattes.cnpq.br/4865445293974312pt_BR
dc.type.degreeDoutoradopt_BR
Aparece nas coleções:Tese (PEI)

Arquivos associados a este item:
Arquivo Descrição TamanhoFormato 
Tese_Paulo_Santana_Final.pdfDoutorado (UFBA-PEI)28,45 MBAdobe PDFVisualizar/Abrir
Mostrar registro simples do item Visualizar estatísticas


Os itens no repositório estão protegidos por copyright, com todos os direitos reservados, salvo quando é indicado o contrário.