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Inconel 939

Uma liga de níquel-cromo fundida e endurecida por precipitação, projetada para aplicações de temperatura extrema nos setores aeroespacial e energético, com boa usinabilidade CNC após tratamento térmico.

Introdução ao Inconel 939

O Inconel 939 é uma superliga níquel-cromo de alta resistência, endurecida por precipitação, desenvolvida para aplicações extremas em altas temperaturas. Com alta fração volumétrica de γ′ (~45–50%), excelente resistência à fluência-ruptura e excepcional resistência à oxidação até 1000°C, o Inconel 939 é utilizado principalmente em componentes de turbinas e peças estruturais de alta carga em sistemas aeroespaciais e de geração de energia.

Esta liga é projetada para microfusão (investment casting) e posterior usinagem CNC de precisão. Reforçado por adições de titânio, alumínio e tântalo e estabilizado por teores controlados de carbono e boro, o Inconel 939 mantém a integridade dimensional durante exposição prolongada a ciclos térmicos e tensões mecânicas. É frequentemente aplicado em pás e palhetas de turbinas a gás, componentes de câmara de combustão e peças de seção quente em aplicações aeroespaciais.

Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Inconel 939

O Inconel 939 (UNS N09939 / AMS 5400 / ASTM A297 Grau HFS) é fornecido na condição fundida, tratada em solução e endurecida por envelhecimento, otimizado para serviço de longo prazo em temperaturas elevadas.

Composição Química (Típica)

Elemento	Faixa de Composição (peso %)	Função Principal
Níquel (Ni)	Balanço (~50–55%)	Matriz base; fornece resistência em alta temperatura
Cromo (Cr)	22,0–24,0	Resistência à oxidação e formação de camada (escala) protetora
Cobalto (Co)	17,0–19,0	Melhora a fadiga térmica e o relaxamento de tensões
Molibdênio (Mo)	1,2–1,8	Reforço por solução sólida
Alumínio (Al)	1,2–1,6	Formação da fase γ′ para endurecimento por envelhecimento
Titânio (Ti)	3,0–3,6	Reforça o precipitado γ′
Tântalo (Ta)	1,3–1,8	Aumenta a resistência à fluência e à ruptura
Carbono (C)	0,13–0,17	Promove formação de carbonetos para resistência nos contornos de grão
Boro (B)	0,01–0,015	Aumenta a ductilidade e evita trincas a quente
Zircônio (Zr)	≤0,10	Estabilização dos contornos de grão
Silício (Si)	≤0,5	Auxilia na resistência à oxidação
Manganês (Mn)	≤0,5	Melhora as características de fundição

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor (Típico)	Norma/Condição de Ensaio
Densidade	8,27 g/cm³	ASTM B311
Faixa de Fusão	1300–1365°C	ASTM E1268
Condutividade Térmica	10,0 W/m·K a 100°C	ASTM E1225
Resistividade Elétrica	1,38 µΩ·m a 20°C	ASTM B193
Expansão Térmica	13,7 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
Calor Específico	440 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	1000–1180 MPa	ASTM E8/E8M
Limite de Escoamento (0,2%)	700–850 MPa	ASTM E8/E8M
Alongamento	≥5–8% (corpo de prova 25 mm)	ASTM E8/E8M
Dureza	330–390 HB	ASTM E10
Resistência à Fluência-Ruptura	≥140 MPa @ 870°C, 1000 h	ASTM E139

Principais Características do Inconel 939

Alta Resistência à Fluência e à Fadiga Térmica: excelente desempenho mecânico sob condições de alta carga acima de 800°C em aplicações de turbinas e exaustão.
Resistência Superior à Oxidação: os teores de cromo e alumínio favorecem a formação de camada de óxido estável até 1000°C.
Fundibilidade e Estabilidade Dimensional: otimizado para microfusão com microestrutura fina e resistência ao crescimento de grão.
Usinabilidade CNC: a usinagem CNC pós-fundição permite controle de tolerâncias apertadas (±0,01 mm) e alto acabamento superficial (Ra ≤ 1,2 µm).

Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Inconel 939

Desafios de Usinagem

Alta Dureza e Conteúdo de Fase γ′

O Inconel 939 envelhecido pode atingir 390 HB, exigindo ferramentas avançadas e setups rígidos para evitar vibração e deflexão da ferramenta.

Carbonetos Abrasivos e Intermetálicos

Carbonetos e precipitados γ′ aumentam o desgaste, causando rápida degradação da ferramenta durante corte contínuo.

Geração de Calor

A baixa condutividade térmica leva ao acúmulo localizado de calor, especialmente em operações a seco ou com baixo fluxo de refrigerante.

Estratégias de Usinagem Otimizadas

Seleção de Ferramentas

Parâmetro	Recomendação	Justificativa
Material da Ferramenta	Cerâmica (SiAlON), metal duro com revestimento PVD ou CBN	Mantém a integridade da ferramenta sob carga térmica
Revestimento	AlTiN ou AlCrN (3–6 µm)	Reduz desgaste térmico e atrito
Geometria	Ângulo de saída de 10°–12° com aresta de corte brunida	Melhora o controle de cavacos e a vida da ferramenta

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	0,5–0,8	100–150

Tratamento de Superfície para Peças de Inconel 939 Usinadas

Prensagem Isostática a Quente (HIP)

HIP melhora o desempenho em fadiga e fluência ao remover porosidade e densificar peças fundidas antes do acabamento CNC.

Tratamento Térmico

Tratamento Térmico envolve tratamento em solução (~1160°C) seguido de envelhecimento (~845°C) para precipitar a fase γ′ e aumentar a resistência em alta temperatura.

Soldagem de Superligas

Soldagem de Superligas requer soldagem TIG/EB com baixo aporte térmico usando metais de adição compatíveis para evitar trincas a quente em ligas com alto teor de γ′.

Revestimento de Barreira Térmica (TBC)

Revestimento TBC aplica 125–250 µm de cerâmicas YSZ para reduzir a temperatura superficial, estendendo a vida útil de componentes de câmara de combustão e turbina.

Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)

EDM permite abertura de ranhuras e conformação de perfis de alta precisão em Inconel 939 tratado termicamente sem introduzir tensões residuais.

Furação Profunda

Furação Profunda suporta canais internos com L/D > 40:1 em pás e palhetas de turbina para desempenho de refrigeração otimizado.

Ensaios e Análise de Materiais

Ensaios de Materiais incluem ensaio de fluência-ruptura (ASTM E139), metalografia (ASTM E3) e validação mecânica conforme AMS 5400.

Aplicações Industriais de Componentes em Inconel 939

Turbinas Aeroespaciais

Palhetas-guia de bocal (nozzle guide vanes), pás de turbina e liners de câmara de combustão.
Resiste à fluência e à oxidação sob gradientes extremos de temperatura.