Nimonic 80A
Introdução ao Nimonic 80A
O Nimonic 80A é uma liga de níquel-cromo endurecida por precipitação, reforçada com titânio e alumínio, projetada para uso em ambientes de alta temperatura onde resistência mecânica excepcional, resistência à fluência e resistência à oxidação são críticas. Ele oferece maior resistência em alta temperatura em comparação ao Nimonic 75 e mantém a integridade estrutural em serviço contínuo até 815°C e em exposições intermitentes acima de 1000°C.
Sua excelente resistência à fadiga térmica e à corrosão o torna um material preferencial para turbinas aeroespaciais, válvulas nucleares, molas de alta pressão e componentes de turbocompressores automotivos. Componentes feitos de Nimonic 80A são frequentemente fabricados por forjamento ou fundição e acabados com precisão por meio de usinagem CNC para aplicações críticas com tolerâncias apertadas.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Nimonic 80A
O Nimonic 80A (UNS N07080 / W.Nr. 2.4952 / ASTM B637, B408) é uma liga reforçada por gama-prima (γ') projetada para alta resistência em temperatura elevada, resistência à oxidação e confiabilidade estrutural em ambientes propensos à fluência e à fadiga.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (wt.%) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balanço (≥69,0) | Matriz que fornece resistência à oxidação e resistência térmica |
Cromo (Cr) | 18,0–21,0 | Forma uma camada protetora de óxido; aumenta a resistência à corrosão |
Titânio (Ti) | 1,8–2,7 | Endurecimento por precipitação via formação de γ'-Ni₃(Al,Ti) |
Alumínio (Al) | 1,0–1,8 | Reforça a liga por meio da fase gama-prima |
Ferro (Fe) | ≤3,0 | Elemento residual |
Carbono (C) | ≤0,10 | Controla a precipitação de carbonetos e o comportamento de fluência |
Manganês (Mn) | ≤1,0 | Melhora a trabalhabilidade a quente |
Silício (Si) | ≤1,0 | Melhora a resistência à oxidação e as propriedades de fundição |
Cobre (Cu) | ≤0,2 | Limitado para minimizar fragilização a quente |
Enxofre (S) | ≤0,015 | Controlado para reduzir trincas a quente na soldagem |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,19 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1320–1380°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 11,4 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,08 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 13,3 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidade Térmica Específica | 435 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 200 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Tratamento de Solução + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 965–1080 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 690–760 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥20% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 200–230 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | 180 MPa a 750°C (1000 h) | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Excelente | ASTM E466 |
Principais Características do Nimonic 80A
Resistência em Alta Temperatura: a precipitação da fase Ni₃(Al,Ti) permite alta resistência à tração e à fluência até 815°C em serviço contínuo.
Resistência à Oxidação: mantém propriedades mecânicas em ambientes oxidantes, mesmo com exposição intermitente acima de 1000°C.
Excelente Resistência à Fadiga e ao Choque Térmico: adequado para aplicações em turbinas e molas sob tensões térmicas e mecânicas cíclicas.
Vida Útil Aprimorada em Fluência e Ruptura: particularmente adequado para parafusos, guias de válvula e peças de vedação sob pressão em turbinas e reatores.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Nimonic 80A
Desafios de Usinagem
Encruamento
A estrutura endurecida por precipitação aumenta rapidamente a dureza superficial, causando desgaste prematuro da ferramenta e possíveis problemas de tolerância.
Vida Útil Reduzida da Ferramenta
A alta resistência em temperatura elevada e a abrasão por fases intermetálicas como γ'-Ni₃(Al,Ti) provocam desgaste de flanco e formação de cratera em ferramentas de metal duro.
Geração de Calor
A condutividade térmica limitada resulta em baixa dissipação de calor, aumentando a probabilidade de trincas térmicas e deformação da aresta.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino (K20–K30) ou CBN para acabamento | Alta resistência ao desgaste sob tensões térmicas |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (PVD 3–5 µm) | Melhora a vida útil ao resistir à oxidação e à adesão |
Geometria | Ângulo positivo, aresta de corte afiada, afiação de 0,05 mm | Reduz forças de corte e evita lascamento da aresta |
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 | 0,15–0,20 | 1,5–2,5 | 100–120 |
Acabamento | 30–45 | 0,05–0,10 | 0,2–1,0 | 120–150 |
Tratamento de Superfície para Peças de Nimonic 80A Usinadas
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP aumenta a vida em fadiga e a estabilidade dimensional ao eliminar porosidade interna em componentes fundidos ou de manufatura aditiva (AM).
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico estabiliza a fase gama-prima e otimiza as propriedades mecânicas para condições de alta tensão e alta temperatura.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas usando material de adição compatível garante integridade em juntas ou montagens sob pressão.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC fornece proteção para peças de turbina e exaustão operando acima de 900°C.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM alcança tolerâncias abaixo de 10 µm em superfícies tratadas termicamente, sem introduzir tensões residuais.
Furação Profunda
Furação Profunda para fabricação de recursos internos em parafusos, molas e linhas de combustível com L/D > 20:1.
Ensaios e Análises de Materiais
Ensaios de Materiais incluem ensaio de tração, vida em fluência, validação microestrutural e inspeção por ultrassom ou líquido penetrante.
Aplicações Industriais de Componentes em Nimonic 80A
Sistemas de Turbinas Aeroespaciais
Pás de turbina, componentes de combustão, vedações e palhetas de bocal operando em ambientes com ciclos térmicos.
Nuclear e Geração de Energia
Hastes de válvula, barras de controle e buchas-guia em reatores que exigem estabilidade mecânica e de fluência de longo prazo.
Sistemas de Turbocompressor Automotivo
Molas, suportes e carcaças submetidos a cargas térmicas e mecânicas variáveis.
Fornos Industriais e Tratamento Térmico
Retortas, ganchos e grelhas expostos a atmosferas oxidantes ou carburizantes até 1000°C.
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