Inconel 713
Introdução ao Inconel 713
O Inconel 713 é uma superliga de fundição à base de níquel, endurecível por precipitação, projetada para excelente resistência mecânica, resistência à fadiga térmica e estabilidade à oxidação em altas temperaturas de até 980°C (1800°F). Desenvolvida originalmente para componentes estruturais de motores de turbina, essa liga é amplamente utilizada em aplicações aeroespaciais, de energia e de turbinas a gás industriais que exigem exposição prolongada a altas temperaturas e elevada durabilidade mecânica.
Composta principalmente por níquel (≥75%), com adições de cromo (12–14%), alumínio (5,5–6,5%), molibdênio (4–5%) e nióbio (1,5–2,5%), o Inconel 713 oferece excelente resistência à ruptura por fluência e mantém a integridade microestrutural sob condições extremas de serviço. Sua capacidade de fundição permite projetos near-net-shape, mas a usinagem CNC de precisão frequentemente é necessária para atender aos requisitos finais de dimensão e acabamento superficial.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Inconel 713
O Inconel 713 (UNS N07713 / AMS 5380) é normalmente fornecido na condição de fundição por cera perdida (investment cast) e envelhecido (aged), atendendo às especificações para componentes aeroespaciais de alta temperatura.
Composição Química (AMS 5380)
Elemento | Faixa de Composição (em massa, %) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balanço (~75,0%) | Metal base; estabilidade térmica e resistência |
Cromo (Cr) | 12,0–14,0 | Proporciona resistência à oxidação e à corrosão a quente |
Alumínio (Al) | 5,5–6,5 | Endurece via precipitação de γ′ (Ni₃Al) |
Molibdênio (Mo) | 4,0–5,0 | Melhora a resistência à fluência |
Nióbio (Nb) | 1,5–2,5 | Precipita fases de endurecimento (NbC, γ″) |
Titânio (Ti) | 0,6–1,2 | Reforça a fase γ′ |
Carbono (C) | 0,10–0,20 | Forma carbonetos para resistência à fluência |
Zircônio (Zr) | 0,05–0,15 | Melhora a resistência dos contornos de grão |
Boro (B) | 0,005–0,015 | Melhora a coesão nos contornos de grão |
Ferro (Fe) | ≤3,0 | Elemento de liga secundário |
Silício (Si) | ≤0,50 | Controlado para limitar oxidação |
Manganês (Mn) | ≤0,50 | Melhora a fundibilidade |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,00 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1250–1330°C | ASTM E1268 (DTA) |
Condutividade Térmica | 11,5 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,20 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13,9 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 460 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 198 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Fundida Envelhecida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 950–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 620–750 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥3–6% (comprimento de medida 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–390 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | ≥165 MPa @ 871°C, 100 h | ASTM E139 |
Principais Características do Inconel 713
Resistência em Alta Temperatura: Mantém resistência à tração acima de 900 MPa e resistência à fluência acima de 150 MPa a 870°C por mais de 100 horas — ideal para componentes da seção quente de turbinas a gás.
Resistência à Oxidação e à Corrosão a Quente: Cromo e alumínio formam óxidos estáveis e protetores (Cr₂O₃, Al₂O₃), garantindo resistência até 1000°C em ambientes oxidantes e sulfatantes.
Reforço por Gamma Prime: Fração volumétrica de γ′ ~60% contribui para limite de escoamento >700 MPa e excelente estabilidade dimensional sob alta tensão e temperatura.
Fundibilidade com Usinagem de Precisão: Adequado para fundição de precisão near-net-shape com acabamento CNC complementar para atender tolerâncias de ±0,02 mm e rugosidade Ra ≤ 0,8 µm.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para o Inconel 713
Desafios de Usinagem
Alta Dureza e Abrasividade
A condição fundida e envelhecida pode atingir dureza Brinell de até 390 HB, levando a desgaste de flanco e danos por cratera em ferramentas de metal duro.
Sensibilidade Térmica
A baixa condutividade térmica (11,5 W/m·K) faz com que a temperatura na ponta da ferramenta ultrapasse 1000°C, gerando oxidação rápida e desgaste por entalhe.
Fragilidade da Peça
A ductilidade limitada (alongamento de 3–6%) aumenta o risco de microtrincas e lascamento de arestas durante cortes agressivos ou vibração.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Ferramentas de CBN ou cerâmica (SiAlON, reforçada por whiskers) | Alta dureza a quente e resistência ao choque térmico |
Revestimento | TiAlN ou AlCrN PVD, 3–6 µm | Reduz desgaste por difusão e atrito |
Geometria | Ângulo de saída positivo (10–12°), aresta brunida ou chanfrada | Melhora a vida útil da ferramenta e a qualidade superficial |
Parâmetros de Corte (ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | DOC (mm) | Pressão do Refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 15–25 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 80–120 |
Acabamento | 30–45 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Inconel 713 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP elimina porosidade interna por retração e aumenta a resistência à fadiga em >25%, sendo crítico para pás de turbina e fundidos estruturais expostos a cargas cíclicas.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico inclui solubilização a 1160°C e envelhecimento a 845°C para otimizar a precipitação de γ′ e melhorar propriedades de tração e ruptura.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas emprega técnicas de soldagem TIG pré-aquecida ou feixe de elétrons com metais de adição à base de Ni-Cr para manter a integridade da junta sob ciclos térmicos.
Revestimento Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC aplica camadas cerâmicas de zircônia de 150–250 µm para reduzir a temperatura superficial em até 200°C, estendendo a vida em fadiga de peças da seção quente.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite formar geometrias precisas em Inconel 713 endurecido com precisão de ±0,01 mm, adequada para rasgos tipo fir-tree e furos de refrigeração.
Furação Profunda
Furação Profunda suporta usinagem de furos com alta razão de aspecto (L/D ≥ 40:1), essencial para canais de refrigeração de pás e perfurações de liners de combustão.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem avaliação macro/microestrutural, inspeção por raios X e ultrassom conforme AMS 2175 para validar a sanidade estrutural e a precisão dimensional.
Aplicações Industriais de Componentes em Inconel 713
Turbinas Aeroespaciais
Pás de turbina do primeiro estágio, bocais e palhetas.
Suporta altos gradientes térmicos e cargas centrífugas sem deformação por fluência.
Geração de Energia
Componentes de turbinas a gás estacionárias e segmentos de bocal.
Excelente resistência à oxidação sob cargas térmicas constantes e cíclicas.
Sistemas de Aquecimento Industrial
Revestimentos de combustor, pontas de queimador e bocais de gases de exaustão.
Mantém resistência e resistência à corrosão em fluxos de alta velocidade e alta temperatura.
Turbocompressores Automotivos
Rotores de turbina e componentes de carcaça.
Resiste a choque térmico e oxidação em ciclos rápidos de aceleração e desaceleração.
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