Nimonic 75
Introdução ao Nimonic 75
O Nimonic 75 é uma superliga à base de níquel-cromo conhecida por sua excelente resistência à oxidação, resistência moderada e excepcional estabilidade térmica em temperaturas de até 1000°C. Originalmente desenvolvida para componentes de turbinas a gás, desde então foi amplamente adotada nas indústrias aeroespacial, de tratamento térmico e nuclear, onde é essencial um desempenho mecânico confiável em ambientes de alta temperatura e oxidantes.
Devido à sua composição equilibrada e às adições de reforço relativamente baixas em comparação com outras ligas Nimonic, o Nimonic 75 é mais fácil de fabricar e usinar. Ele é frequentemente conformado, soldado e acabado com precisão por meio de usinagem CNC para produzir componentes de tolerância apertada, como suportes, estruturas de exaustão, peças de fornos e ferragens de controle.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Nimonic 75
O Nimonic 75 (UNS N06075 / W.Nr. 2.4951 / ASTM B409, B462) é uma liga reforçada por solução sólida com uma matriz simples Ni-Cr, projetada para resistência à oxidação e estabilidade dimensional em ambientes com ciclos térmicos.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balanço (≥76,0) | Elemento base para resistência à corrosão e estabilidade térmica |
Cromo (Cr) | 18,0–21,0 | Fornece resistência à oxidação pela formação de uma camada de Cr₂O₃ |
Ferro (Fe) | ≤5,0 | Elemento residual; melhora a resistência e a eficiência de custo |
Titânio (Ti) | 0,2–0,6 | Melhora a resistência à fluência e à ruptura em alta temperatura |
Manganês (Mn) | ≤1,0 | Melhora a trabalhabilidade a quente |
Silício (Si) | ≤1,0 | Auxilia na resistência à oxidação |
Carbono (C) | ≤0,08 | Controla a precipitação de carbonetos e as propriedades de fluência |
Cobre (Cu) | ≤0,5 | Limitado para evitar fragilização a quente |
Enxofre (S) | ≤0,015 | Minimiza trincas a quente durante a soldagem |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,37 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1345–1380°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 11,0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,02 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13,4 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidade Térmica Específica | 430 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 205 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Recozida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 760–880 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 300–370 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥35% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 150–190 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | 140 MPa a 800°C (1000 h) | ASTM E139 |
Resistência à Oxidação | Excelente até 1000°C | ASTM G111 |
Principais Características do Nimonic 75
Resistência Superior à Oxidação: suporta exposição prolongada a atmosferas oxidantes e ciclos térmicos até 1000°C.
Boa Conformabilidade e Soldabilidade: mais fácil de processar do que superligas endurecidas por precipitação; adequada para soldagem e usinagem CNC em formas complexas.
Propriedades Mecânicas Estáveis em Altas Temperaturas: mantém estabilidade dimensional e baixas taxas de fluência em componentes expostos ao calor por longos períodos.
Resistência à Corrosão em Ambientes Químicos Leves: oferece resistência a ácidos diluídos, névoa salina e corrosão atmosférica.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Nimonic 75
Desafios de Usinagem
Encruamento
A tendência da liga de endurecer rapidamente durante o corte pode aumentar o desgaste da ferramenta e causar imprecisões dimensionais.
Aresta Postiça (BUE)
A aderência do material da peça à ferramenta de corte sob condições de alto atrito afeta a qualidade superficial e a vida útil da ferramenta.
Condutividade Térmica Moderada
Isso leva à concentração de calor na interface ferramenta-peça, aumentando o risco de micro lascamento e danos superficiais.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino (K20–K30) ou ferramentas HSS revestidas | Mantém estabilidade da aresta sob aquecimento |
Revestimento | AlTiN ou TiAlCrN (PVD 3–5 µm) | Aumenta a resistência ao calor e reduz a BUE |
Geometria | Ângulo positivo, afiação de 0,03–0,05 mm | Reduz forças de corte e melhora o acabamento superficial |
Parâmetros de Corte (Conforme ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido de Corte (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0,20–0,25 | 1,5–2,5 | 70–100 |
Acabamento | 40–55 | 0,05–0,10 | 0,5–1,0 | 100–150 |
Tratamento de Superfície para Peças de Nimonic 75 Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP remove porosidade interna e melhora a vida em fadiga e fluência em peças fundidas ou de manufatura aditiva (AM).
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico melhora a uniformidade de grão e a estabilidade mecânica em temperaturas de serviço acima de 800°C.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas permite juntas robustas usando varetas de adição Nimonic compatíveis para montagens resistentes à pressão e ao calor.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC fornece proteção contra ambientes de gás de alta velocidade ou calor radiante em aplicações aeroespaciais.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite obter recursos de alta precisão em seções endurecidas ou de difícil acesso, sem distorção térmica.
Furação Profunda
Furação Profunda garante concentricidade e acabamentos lisos em passagens de refrigeração ou fluido com relações L/D acima de 15:1.
Ensaios e Análises de Materiais
Ensaios de Materiais incluem ensaios de tração, fluência, fadiga, análise química, avaliação microestrutural e END (NDT).
Aplicações Industriais de Componentes em Nimonic 75
Componentes Aeroespaciais e de Turbinas a Gás
Câmaras de combustão, suportes, vedações e conjuntos de pós-combustão operando sob calor contínuo e gases oxidantes.
Tratamento Térmico Industrial
Dispositivos, bandejas e suportes em fornos de alta temperatura expostos a ciclos e formação de carepa.
Geração de Energia e Sistemas Nucleares
A estabilidade térmica e a resistência à fluência são críticas para parafusos, molas e componentes de blindagem.
Sistemas Automotivos e de Motores
Componentes de escapamento, suportes de turbocompressor e estruturas de coletores (manifolds).
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