Nimonic 263
Introdução ao Nimonic 263
O Nimonic 263 é uma liga de níquel-cobalto-cromo-molibdênio endurecível por precipitação, projetada para oferecer excelente resistência, ductilidade e resistência à corrosão em ambientes de alta temperatura. Desenvolvida para aplicações que exigem excelente soldabilidade e capacidade de fabricação, é amplamente utilizada em componentes aeroespaciais e de turbinas a gás que operam até 900°C. A microestrutura estável da liga e sua resistência à fadiga térmica a tornam ideal para componentes de combustores, carcaças de turbinas e pós-combustores.
A fabricação de precisão dessa liga é frequentemente realizada por meio de serviços de usinagem CNC para atender a rigorosas tolerâncias dimensionais e geométricas. A usinagem CNC oferece a repetibilidade e o controle de processo necessários para peças complexas que suportam cargas térmicas e mecânicas cíclicas.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Nimonic 263
O Nimonic 263 (UNS N07263 / W.Nr. 2.4650) é uma superliga forjada de alta resistência com composição equilibrada, que mantém a integridade mecânica em temperaturas elevadas, ao mesmo tempo em que permite boa conformabilidade e soldabilidade.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balanço (~50,0) | Matriz base, fornece resistência à oxidação |
Cobalto (Co) | 19,0–21,0 | Melhora a resistência à fluência e à fadiga térmica |
Cromo (Cr) | 19,0–21,0 | Forma camada de óxido Cr₂O₃, melhora a resistência à oxidação |
Molibdênio (Mo) | 5,6–6,1 | Reforça por endurecimento por solução sólida |
Ferro (Fe) | ≤0,7 | Elemento residual |
Titânio (Ti) | 1,9–2,4 | Promove o endurecimento por fase γ′ |
Alumínio (Al) | 0,6–0,8 | Contribui para o endurecimento por precipitação |
Carbono (C) | ≤0,06 | Forma carbonetos para melhorar a resistência à fluência |
Manganês (Mn) | ≤0,6 | Melhora a trabalhabilidade a quente |
Silício (Si) | ≤0,4 | Apoia a resistência à oxidação |
Boro (B) | ≤0,005 | Reforço dos contornos de grão |
Zircônio (Zr) | ≤0,06 | Melhora a resistência à ruptura por fluência |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,36 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1325–1375°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 11,3 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,10 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13,4 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Calor Específico | 435 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 212 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Solubilizado + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 1000–1100 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 700–800 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥20% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 220–250 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | 180 MPa a 815°C (1000 h) | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Excelente | ASTM E466 |
Principais Características do Nimonic 263
Excelente Ductilidade em Alta Temperatura Diferentemente de muitas ligas endurecidas por precipitação, o Nimonic 263 mantém alongamento >20% em temperaturas elevadas, oferecendo conformabilidade confiável e menor risco de trincas sob estresse térmico.
Boa Soldabilidade Projetado para reparo e fabricação por soldagem, resiste à fissuração a quente e mantém a resistência na zona afetada pelo calor (ZAC).
Resistência à Oxidação O cromo e o alumínio permitem a formação de uma camada protetora de óxido estável, eficaz até 980°C em atmosferas oxidantes.
Resistência à Fluência e à Fadiga A resistência à ruptura por fluência de longo prazo de 180 MPa a 815°C garante desempenho sob cargas térmicas cíclicas, ideal para revestimentos de combustores e estruturas de suporte de turbinas.
Endurecimento por Gama Prime com Estabilidade Uma distribuição controlada da fase γ′ assegura equilíbrio entre alta resistência e conformabilidade, especialmente após soldagem ou usinagem secundária.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para o Nimonic 263
Desafios de Usinagem
Desgaste da Ferramenta e Lascamento da Aresta
A alta resistência em temperatura elevada e os elementos de endurecimento por solução sólida aceleram o desgaste de flanco e de cratera em ferramentas padrão.
Geração de Calor
A baixa condutividade térmica concentra a carga térmica na zona de corte, exigindo estratégias de refrigeração para evitar distorções.
Encruamento
A liga apresenta encruamento moderado, aumentando a dureza superficial em até 25% durante a usinagem.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro (K20–K30), PCD ou cerâmica para acabamento | Alta resistência ao amolecimento térmico |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (3–5 µm) | Reduz o atrito e o impacto térmico |
Geometria | Ângulo de saída positivo (6–10°), aresta honrada (~0,05 mm) | Controla aresta postiça e vibração |
Parâmetros de Corte (Conforme ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido de Corte (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 12–20 | 0,15–0,25 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Acabamento | 25–35 | 0,05–0,10 | 0,3–1,0 | 120–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças Usinadas em Nimonic 263
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP garante a eliminação de vazios internos e aumenta a vida em fadiga em mais de 25%, sendo crucial para componentes rotativos.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico inclui solubilização a ~1145°C e envelhecimento a ~800°C para refinar a distribuição da fase γ′ e melhorar a resistência à fluência.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas proporciona juntas sem trincas com mínima redução de resistência nas zonas soldadas, utilizando arame de adição com composição correspondente.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC reduz a temperatura da superfície do componente em até 200°C, prolongando a vida útil de estruturas de combustores e turbinas.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite a criação de microgeometrias e a perfuração precisa de furos sem induzir tensões residuais em áreas sensíveis ao calor.
Furação Profunda
Furação Profunda alcança Ra <1,6 µm e L/D >30:1 em canais de refrigeração, com desvio mínimo (<0,3 mm/m).
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais abrangem testes mecânicos (tração, fluência), análise de fases por DRX, verificação microestrutural e detecção de descontinuidades por ultrassom conforme ASME.
Aplicações Industriais de Componentes em Nimonic 263
Sistemas de Combustores Aeroespaciais: Revestimentos, vedações, dutos de transição e câmaras de combustão que operam em ambientes térmicos cíclicos.
Geração de Energia: Componentes de turbinas a gás, como vedações, bicos de combustível e placas de combustores.
Reatores Nucleares: Parafusos e componentes de vasos de pressão resistentes a altas temperaturas em zonas de radiação.
Sistemas Turbo Automotivos: Carcaças de turbocompressores, coletores e escudos térmicos expostos aos gases de escape.
Sistemas de Aquecimento Industrial: Flanges, conexões e foles de expansão de alta resistência em conjuntos de fornos.
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