Inconel 751
Introdução ao Inconel 751
O Inconel 751 é uma superliga níquel-cromo endurecível por precipitação, desenvolvida especificamente para desempenho em alta temperatura em componentes de motores aeroespaciais e automotivos. Essa liga se baseia na fundação bem estabelecida do Inconel 600, mas é reforçada por adições de titânio e alumínio, que formam precipitados finos de γ′ para aumentar a resistência em temperaturas elevadas de até 871°C (1600°F).
O Inconel 751 apresenta excelente resistência à oxidação, boa resistência à ruptura por fluência e comportamento confiável à fadiga térmica. Sua soldabilidade e forjabilidade o tornam adequado para componentes como válvulas de escape, rotores de turbocompressor e ferragens de turbina. A usinagem CNC do Inconel 751 é essencial para atingir tolerâncias dimensionais rigorosas e acabamentos superficiais críticos em peças de alto desempenho.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Inconel 751
O Inconel 751 (UNS N07751 / ASTM B637) é normalmente fornecido nas condições laminado a quente, solubilizado e endurecido por precipitação, para aplicações de alta temperatura nos setores aeroespacial, energético e automotivo.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (em massa, %) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | ≥70,0 | Liga base para resistência em alta temperatura e à corrosão |
Cromo (Cr) | 14,0–17,0 | Proporciona resistência à oxidação e à corrosão |
Ferro (Fe) | ≤6,0 | Contribui para a matriz estrutural |
Titânio (Ti) | 2,0–2,6 | Forma precipitados γ′ para melhorar a resistência em alta temperatura |
Alumínio (Al) | 0,90–1,50 | Contribui para o reforço por fase γ′ |
Carbono (C) | ≤0,08 | Aumenta a resistência à fluência e a estabilidade de carbonetos |
Manganês (Mn) | ≤1,0 | Melhora a trabalhabilidade a quente |
Silício (Si) | ≤1,0 | Favorece a resistência à oxidação |
Cobre (Cu) | ≤0,5 | Controlado para evitar instabilidade de fases |
Enxofre (S) | ≤0,015 | Minimizado para melhor soldabilidade e ductilidade a quente |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,22 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1320–1380°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 11,0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,10 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13,3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 430 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 200 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Envelhecida/Endurecida por Precipitação)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 930–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 720–860 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥15% (comprimento de medida 25 mm) | ASTM E8/E8M |
Dureza | 250–320 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | ≥120 MPa @ 760°C, 1000 h | ASTM E139 |
Principais Características do Inconel 751
Resistência por Endurecimento por Precipitação: A formação da fase γ′ a partir de Ti e Al permite alta resistência à tração e à fluência até 871°C.
Resistência à Oxidação e à Formação de Carepa: Camadas de óxido estáveis se formam sob exposição prolongada ao calor, prevenindo degradação do material.
Resistência à Fadiga e ao Choque Térmico: Desempenho confiável em ambientes com ciclos térmicos, como zonas de combustão de motores.
Boa Usinabilidade Após o Envelhecimento: Permite acabamento CNC de sedes de válvula, eixos e vedações com dimensões precisas e superfícies lisas (Ra ≤ 0,8 µm).
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para o Inconel 751
Desafios de Usinagem
Alta Tenacidade e Encruamento
O Inconel 751 tende a encruar rapidamente, especialmente em avanços baixos ou em passes repetidos, exigindo avanços estáveis e ferramentas afiadas.
Geração de Calor
A baixa condutividade térmica provoca acúmulo excessivo de calor na ponta da ferramenta, levando a desgaste por cratera, deformação plástica e deriva dimensional.
Aderência e Arraste Superficial (Galling)
O alto teor de titânio e níquel pode causar aresta postiça (BUE) e rasgamento superficial se a lubrificação ou a preparação de aresta forem inadequadas.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro com revestimento PVD ou insertos de CBN | Mantém a aresta e resiste ao calor |
Revestimento | TiAlN ou AlCrN (3–5 µm) | Reduz desgaste térmico e aderência |
Geometria | Saída positiva (8–12°), arestas brunidas | Diminui forças de corte e melhora a evacuação de cavacos |
Parâmetros de Corte (ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | DOC (mm) | Pressão do Refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 25–35 | 0,20–0,30 | 2,0–3,0 | 70–100 |
Acabamento | 40–60 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças em Inconel 751 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP melhora a resistência à fadiga e à fluência ao eliminar porosidade de fundição, sendo especialmente importante para componentes de válvulas aeroespaciais.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico envolve solubilização e envelhecimento a 760–790°C para atingir o pico de precipitação γ′ e estabilidade dimensional.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas requer controle rigoroso do processo devido ao teor de Ti e Al. Recomenda-se soldagem TIG com tratamento térmico pós-soldagem para juntas estruturais.
Revestimento Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC adiciona proteção térmica (125–200 µm de YSZ), prolongando a vida útil em ambientes de turbina ou válvulas de escape.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite acabamento de alta precisão em pequenos recursos, roscas e contornos vivos com tolerâncias de ±0,01 mm.
Furação Profunda
Furação Profunda é usada para canais de fluxo de óleo e passagens de resfriamento com L/D ≥ 40:1 em hastes de válvula ou eixos de turbina.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem tração, fluência, microdureza e inspeções ultrassônicas para verificar ASTM B637 e especificações específicas da aplicação.
Aplicações Industriais de Componentes em Inconel 751
Aeroespacial
Válvulas de escape, discos de turbina e flame holders.
Resiste à exposição prolongada a gases de combustão e ciclagem térmica acima de 800°C.
Motores Automotivos de Alta Performance
Válvulas de admissão/escape, rotores de turbocompressor, guias de válvula.
Entrega resistência ao desgaste e resistência a quente sob cargas extremas do motor.
Geração de Energia
Corpos de válvula do hot section e mancais/caixas de rolamento em turbinas a gás.
Oferece vida útil prolongada em condições de ciclagem térmica.
Equipamentos de Aquecimento Industrial
Componentes expostos a atmosferas oxidantes e carburizantes.
Mantém integridade mecânica sob exposição prolongada a calor corrosivo.
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