Inconel 738
Introdução ao Inconel 738
O Inconel 738 é uma superliga à base de níquel, fundida, de alta resistência, desenvolvida para aplicações que exigem excelente resistência à fluência, à oxidação e à fadiga térmica em temperaturas elevadas de até 980°C (1796°F). Projetado para componentes de turbinas que operam sob estresse térmico e mecânico extremo, o Inconel 738 é amplamente utilizado na indústria aeroespacial, geração de energia e sistemas de turbinas a gás de alta eficiência.
Composto principalmente por níquel (~62%) e reforçado por cromo (16%), tungstênio (2,6–3,3%), molibdênio (1,5–2,1%), cobalto (8,0–9,0%), titânio (3,3–3,7%) e alumínio (3,2–3,7%), o material forma uma fase gama prime (γ′) estável que mantém a resistência durante exposição prolongada a altas temperaturas. O Inconel 738 oferece excelente fundibilidade e estabilidade dimensional, sendo ideal para fundição de precisão (investment casting) near-net-shape seguida de usinagem CNC.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Inconel 738
O Inconel 738 (UNS R30738 / AMS 5389) é normalmente fornecido na condição fundida e endurecida por precipitação para motores de turbina e componentes de seção quente industriais.
Composição Química (Análise Típica de Fundição)
Elemento | Faixa de Composição (em massa, %) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | ~61,0 | Matriz base para resistência em alta temperatura |
Cromo (Cr) | 16,0 | Fornece resistência à oxidação |
Cobalto (Co) | 8,5 | Melhora a resistência a quente e a vida em fadiga |
Tungstênio (W) | 2,6–3,3 | Reforço por solução sólida |
Molibdênio (Mo) | 1,5–2,1 | Melhora a resistência à fluência |
Titânio (Ti) | 3,3–3,7 | Formação e reforço da fase γ′ |
Alumínio (Al) | 3,2–3,7 | Contribui para a precipitação de γ′ |
Tântalo (Ta) | ≤0,05 | Reforço de contornos de grão (opcional) |
Carbono (C) | 0,11–0,17 | Formação de carbonetos para estabilidade em contornos de grão |
Boro (B) | 0,005–0,01 | Aumenta ductilidade e resistência a quente |
Zircônio (Zr) | ≤0,05 | Coesão em contornos de grão |
Silício (Si) | ≤0,5 | Melhora a aderência da camada de óxido |
Manganês (Mn) | ≤0,5 | Favorece a fundibilidade |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,15 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1260–1330°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 11,2 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,28 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13,2 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 450 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 190 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Fundida + Envelhecida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 980–1120 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 700–820 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥4–8% (comprimento de medida 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–400 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | ≥140 MPa @ 870°C, 1000 h | ASTM E139 |
Principais Características do Inconel 738
Reforço por Gama Prime: Alto teor de fase γ′ (~60%) fornece excelente resistência à fluência e à fadiga em temperaturas de até 980°C.
Resistência Superior à Oxidação: Forma camadas de óxido estáveis de Al₂O₃ e Cr₂O₃ para proteção de superfície de longo prazo em ambientes de exaustão e gás quente de turbinas.
Alta Estabilidade Estrutural: Mantém precisão dimensional e resistência mecânica sob cargas térmicas cíclicas e exposição prolongada.
Fundibilidade e Compatibilidade com CNC: Excelente escoamento e alimentação durante a fundição permite geometrias complexas, seguida de usinagem CNC com tolerâncias rigorosas (±0,02 mm).
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para o Inconel 738
Desafios de Usinagem
Alta Dureza e Fragilidade
Fundidos envelhecidos podem atingir até 400 HB, causando desgaste acelerado de flanco e reduzindo a vida da ferramenta durante o acabamento.
Acúmulo Térmico
A baixa dissipação de calor (condutividade térmica reduzida) provoca danos térmicos e desgaste por cratera rapidamente, sem estratégias adequadas de refrigeração.
Entalhe e Lascamento da Ferramenta
Fases intermetálicas abrasivas e carbonetos duros geram entalhe na aresta e exigem geometrias reforçadas na aresta de corte.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Cerâmica SiAlON ou metal duro com CBN para acabamento | Alta dureza a quente e resistência ao desgaste |
Revestimento | TiAlN, AlCrN (PVD, 3–6 µm) | Reduz difusão de calor e aderência (galling) |
Geometria | Ângulo de saída positivo (10–12°), preparação robusta de aresta | Reduz deflexão e lascamento |
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 | 80–100 |
Acabamento | 30–45 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 100–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Inconel 738 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP densifica estruturas fundidas e elimina porosidade de contração, melhorando a resistência à fadiga e a estabilidade dimensional sob carregamentos cíclicos.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico normalmente inclui solubilização a 1120–1170°C e envelhecimento a 845°C para desenvolver plenamente a fase γ′ e maximizar a resistência em alta temperatura.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas utiliza técnicas avançadas como TIG ou soldagem por feixe de elétrons (EB), com controle de pré-aquecimento para reduzir o risco de trincas a quente em ligas reforçadas por γ′.
Revestimento Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC aplica 125–250 µm de zircônia estabilizada com ítria (YSZ), reduzindo a temperatura de superfície em 150–200°C em aerofólios e peças de exaustão de turbinas.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite a formação de canais de resfriamento, recursos do pé de pá e ranhuras complexas com precisão de ±0,01 mm.
Furação Profunda
Furação Profunda alcança L/D ≥ 40:1 para caminhos de fluxo de refrigerante eficientes em pás e palhetas de turbina fundidas.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem testes não destrutivos e destrutivos conforme ASTM E112, E139 e AMS 5389 para certificar conformidade mecânica, microestrutural e dimensional.
Aplicações Industriais de Componentes em Inconel 738
Turbinas Aeroespaciais
Pás de turbina, palhetas, segmentos de combustor e anéis de vedação (shrouds).
Opera em temperaturas sustentadas acima de 950°C sob carga cíclica e oxidação.
Geração de Energia
Peças de seção quente de turbinas a gás industriais, anéis de estator e selos.
Combina resistência à oxidação e resistência à fadiga em ambientes de combustão de alta pressão.
Defesa & Propulsão
Bocais de motores a jato, difusores de exaustão e escudos térmicos.
Resiste a choques térmicos extremos e cargas de vibração durante voo e sequências de lançamento.
Setor de Energia
Componentes de turbina de alta eficiência em usinas de ciclo combinado.
Mantém estabilidade mecânica e resistência à corrosão em sistemas agressivos de transferência de calor.
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