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Nimonic 81

Nimonic 81 é uma superliga de níquel-cromo endurecida por precipitação, otimizada para componentes usinados em CNC que operam sob fadiga térmica, oxidação e cargas mecânicas de até 870 °C em sistemas aeroespaciais, nucleares e energéticos.

Introdução ao Nimonic 81

O Nimonic 81 é uma superliga de níquel-cromo de alta resistência reforçada com alumínio e titânio, projetada para oferecer excelente resistência mecânica, resistência à fluência e estabilidade superficial em ambientes agressivos de alta temperatura. É endurecida por precipitação e desenvolvida para aplicações que exigem serviço de longo prazo em temperaturas elevadas, tornando-a bem adequada para componentes aeroespaciais, nucleares e de geração de energia.

Com capacidade de serviço de até 870°C, o Nimonic 81 combina excelente resistência à fadiga térmica e alta resistência à oxidação. Normalmente é fornecido nas condições solubilizada/recozida e envelhecida, e é processado por meio de usinagem CNC para produzir pás de turbina, fixadores estruturais, molas e peças de alta precisão que exigem tolerâncias dimensionais rigorosas e excelentes acabamentos superficiais.

Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Nimonic 81

O Nimonic 81 (UNS N07081 / W.Nr. 2.4635 / ISO 15156-3) é uma liga de níquel reforçada por precipitação com fase gama-prima (γ′), que melhora as propriedades mecânicas sob tensão e exposição térmica.

Composição Química (Típica)

Elemento	Faixa de Composição (wt.%)	Função Principal
Níquel (Ni)	Balanço (≥70,0)	Elemento base que fornece resistência à oxidação em alta temperatura e à fluência
Cromo (Cr)	19,0–22,0	Aumenta a resistência à corrosão e à formação de carepa
Titânio (Ti)	2,0–2,8	Forma a fase γ′ Ni₃Ti para endurecimento por precipitação
Alumínio (Al)	1,0–1,5	Reforça a matriz γ′ para resistência à fadiga térmica
Carbono (C)	≤0,08	Melhora a resistência à fluência em alta temperatura por meio da formação de carbonetos
Ferro (Fe)	≤3,0	Elemento residual; adiciona resistência
Manganês (Mn)	≤1,0	Auxilia a trabalhabilidade a quente
Silício (Si)	≤1,0	Melhora a resistência à oxidação
Cobre (Cu)	≤0,2	Limitado para reduzir fragilização a quente
Enxofre (S)	≤0,015	Controlado para soldabilidade e resistência a trincas a quente

Propriedades Físicas

Propriedade	Valor (Típico)	Norma/Condição de Ensaio
Densidade	8,15 g/cm³	ASTM B311
Faixa de Fusão	1320–1380°C	ASTM E1268
Condutividade Térmica	11,2 W/m·K a 100°C	ASTM E1225
Resistividade Elétrica	1,10 µΩ·m a 20°C	ASTM B193
Expansão Térmica	13,2 µm/m·°C (20–1000°C)	ASTM E228
Capacidade Térmica Específica	430 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	1000–1150 MPa	ASTM E8/E8M
Limite de Escoamento (0,2%)	700–800 MPa	ASTM E8/E8M
Alongamento	≥18%	ASTM E8/E8M
Dureza	220–250 HB	ASTM E10
Resistência à Ruptura por Fluência	200 MPa a 750°C (1000 h)	ASTM E139
Vida em Fadiga Térmica	Excelente	ASTM E606

Principais Características do Nimonic 81

Alta Resistência à Fluência: o mecanismo de reforço por gama-prima garante confiabilidade mecânica sob tensão prolongada até 870°C.
Resistência à Oxidação e à Carepa: a matriz enriquecida com cromo forma uma camada estável de Cr₂O₃ que protege componentes em atmosferas oxidantes.
Resistência à Fadiga sob Ciclos Térmicos: mantém estabilidade microestrutural e precisão dimensional após milhares de ciclos térmicos.
Boa Soldabilidade e Fabricabilidade: pode ser soldado e usinado em CNC com parâmetros controlados para peças críticas com tolerâncias apertadas.

Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Nimonic 81

Desafios de Usinagem

Alta Taxa de Encruamento

A dureza superficial aumenta rapidamente durante o corte, especialmente em condições envelhecidas, causando desgaste da ferramenta e tolerâncias de peça inconsistentes.

Partículas Abrasivas de Carbonetos

Carbonetos e precipitados γ′ aceleram o desgaste em ferramentas de metal duro sem revestimento e em ferramentas de aço rápido (HSS).

Baixa Condutividade Térmica

O acúmulo de calor na aresta de corte leva ao amolecimento térmico e ao lascamento da aresta das ferramentas durante operações a seco ou com refrigeração insuficiente.

Estratégias de Usinagem Otimizadas

Seleção de Ferramentas

Parâmetro	Recomendação	Justificativa
Material da Ferramenta	Metal duro (K20–K30) para desbaste, CBN para acabamento	Resiste à abrasão e às cargas térmicas
Revestimento	AlCrN ou TiSiN (PVD 3–5 µm)	Reduz oxidação e formação de BUE
Geometria	Ângulo positivo, aresta brunida (0,05 mm)	Minimiza pressão de corte 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	10–18	0,20–0,25	1,5–2,0	100–120
Acabamento	30–45	0,05–0,10	0,3–1,0	120–150

Tratamento de Superfície para Peças de Nimonic 81 Usinadas

Prensagem Isostática a Quente (HIP)

HIP melhora a resistência à fluência e a uniformidade estrutural ao eliminar microvazios em peças fundidas ou de manufatura aditiva (AM).

Tratamento Térmico

Tratamento Térmico ativa a precipitação de gama-prima e aumenta a resistência à fadiga em alta temperatura.

Soldagem de Superligas

Soldagem de Superligas permite juntas fortes e resistentes à oxidação para ferragens nucleares e aeroespaciais.

Revestimento de Barreira Térmica (TBC)

Revestimento TBC adiciona proteção térmica a pás de turbina, anéis de combustão e ferragens de gás quente.

Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)

EDM garante precisão em recursos endurecidos, como furos de refrigeração, entalhes ou superfícies de vedação.

Furação Profunda

Furação Profunda apoia a fabricação de passagens de refrigeração ou canais de injeção com altas relações comprimento-diâmetro.

Ensaios e Análises de Materiais

Ensaios de Materiais incluem perfil de microdureza, análise de tamanho de grão, ensaio de ruptura sob tensão (stress rupture) e inspeção não destrutiva (END/NDT).