Nimonic 86

Introdução ao Nimonic 86

O Nimonic 86 é uma superliga de níquel-cromo-cobalto de alta resistência, projetada para oferecer excelente estabilidade mecânica, resistência à fluência e proteção contra oxidação em ambientes extremos de alta temperatura. Com adições significativas de molibdênio e alumínio, o Nimonic 86 apresenta reforço aprimorado por mecanismos de solução sólida e precipitação. Ele é otimizado para temperaturas de serviço de até 950°C, tornando-se altamente adequado para pás de turbina, câmaras de combustão e sistemas de fixação (bolting) de alta carga. O Nimonic 86 é frequentemente processado por meio de serviços de usinagem CNC para atender às exigências rigorosas das indústrias aeroespacial, de geração de energia e nuclear.

Conhecido por sua resistência à fadiga térmica e à oxidação, o Nimonic 86 é normalmente processado por forjamento e acabado com precisão por meio de usinagem CNC para atender às tolerâncias dimensionais rigorosas exigidas nos setores aeroespacial, de geração de energia e nuclear.

Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Nimonic 86

O Nimonic 86 (UNS N07086 / W.Nr. 2.4972 / AMS 5854) é uma liga reforçada por precipitação, caracterizada por excelente desempenho em alta temperatura e estabilidade térmica devido à combinação de fase gama-prima (γ′) e fases ricas em molibdênio.

Composição Química (Típica)

Propriedades Físicas

Propriedades Mecânicas (Tratamento de Solução + Envelhecido)

Principais Características do Nimonic 86

• Retenção de Resistência em Alta Temperatura Mantém resistência à tração >1050 MPa e limite de escoamento >730 MPa a 850°C, permitindo operação prolongada em turbinas a gás e componentes de usinas de energia.

• Resistência à Fluência de Longo Prazo Apresenta resistência à ruptura por fluência de 220 MPa a 850°C por 1000 horas, verificada segundo ASTM E139, tornando-a ideal para peças estruturais expostas a carga contínua em altas temperaturas.

• Resistência à Oxidação até 1000°C Com 20% de Cr e 15–20% de Co, a liga forma uma camada de óxido Cr₂O₃ estável e aderente, reduzindo a perda de massa para <0,3 mg/cm² em ensaios cíclicos de oxidação a 1000°C.

• Durabilidade à Fadiga Térmica O baixo coeficiente de expansão térmica de 13,4 µm/m·°C reduz o acúmulo de tensões em componentes submetidos a ciclos frequentes de aquecimento e resfriamento.

• Estabilidade Estrutural Aprimorada O reforço em dupla fase por γ′ (Ni₃Al, Ni₃Ti) e carbonetos ricos em Mo melhora a resistência ao deslizamento em contornos de grão, crítico para peças rotativas e fixadores expostos à fadiga.

Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Nimonic 86

Desafios de Usinagem

Alta Dureza e Abrasividade

• Fases gama-prima e ricas em molibdênio aceleram o desgaste de flanco e a formação de cratera em ferramentas de metal duro sem revestimento.

Baixa Dissipação de Calor

• A baixa condutividade térmica causa aumento de temperatura na zona de corte, levando à expansão térmica e deriva dimensional.

Encruamento

• A superfície da liga endurece rapidamente durante a usinagem, exigindo alta rigidez e ferramentas afiadas para manter a tolerância.

Estratégias de Usinagem Otimizadas

Seleção de Ferramentas

Parâmetros de Corte (Conforme ISO 3685)

Tratamento de Superfície para Peças de Nimonic 86 Usinadas

Prensagem Isostática a Quente (HIP)

HIP melhora a resistência à fadiga em >20% e elimina porosidade interna. Condições típicas de processo incluem 1100°C e 100–150 MPa por 2–4 horas, garantindo 100% de densificação para componentes estruturais.

Tratamento Térmico

Tratamento Térmico envolve recozimento de solução a ~1120°C seguido de envelhecimento a 850–870°C para maximizar a precipitação de γ′. Esse processo melhora a resistência à fluência e a estabilidade dimensional em serviço de longo prazo.

Soldagem de Superligas

Soldagem de Superligas usando metal de adição compatível (por exemplo, ERNiCrCoMo-1) garante resistência da solda >90% do metal base e trincamento mínimo em juntas que retêm pressão.

Revestimento de Barreira Térmica (TBC)

Revestimento TBC aplica uma camada de 100–300 µm de zircônia estabilizada com ítria (YSZ) por métodos APS ou EB-PVD, reduzindo a temperatura do substrato em até 200°C em componentes de turbina.

Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)

EDM permite tolerâncias de recurso de ±0,005 mm em seções endurecidas sem induzir tensões térmicas, ideal para furos de refrigeração e estruturas de parede fina.

Furação Profunda

Furação Profunda com razões L/D >30:1 garante retilineidade <0,3 mm/m e Ra <1,6 µm, adequada para canais de refrigeração em ferragens de alta temperatura.

Ensaios e Análises de Materiais

Ensaios de Materiais incluem validação de ruptura por fluência a 850°C/1000 h, análise de fases por DRX (XRD), revisão microestrutural por MEV (SEM) e detecção ultrassônica de descontinuidades conforme normas ASME.

Aplicações Industriais de Componentes em Nimonic 86

• Motores de Turbina Aeroespaciais: pás de turbina, palhetas e componentes de discos submetidos a estresse térmico e mecânico extremo.

• Geração de Energia: combustores, dutos de transição e fixações estruturais em turbinas a gás e sistemas de recuperação de calor de alta eficiência.

• Sistemas de Energia Nuclear: molas, internos de válvulas e espaçadores usados em ambientes de reator com alta radiação e alta pressão.

• Sistemas de Desempenho Automotivo: suportes de escape, componentes de turbo e escudos térmicos que exigem resistência à oxidação e à fadiga.

• Equipamentos Industriais de Aquecimento: retortas, tubos radiantes e dispositivos de tratamento térmico expostos a temperaturas de até 1000°C.