Nimonic 90

Introdução ao Nimonic 90

O Nimonic 90 é uma superliga de alto desempenho à base de níquel, composta principalmente por níquel, cromo e titânio, projetada para oferecer resistência excepcional, resistência à oxidação e estabilidade térmica de longo prazo. Com faixa de temperatura de serviço que se estende até 950°C, é especialmente adequada para componentes submetidos a elevadas tensões mecânicas e ambientes corrosivos, incluindo turbinas a gás, geração de energia e aplicações aeroespaciais. A combinação exclusiva de elementos de liga, como alumínio, titânio e molibdênio, proporciona excelente resistência à fluência e à oxidação em temperaturas elevadas.

Devido às suas excelentes propriedades mecânicas, o Nimonic 90 é frequentemente processado por meio de serviços de usinagem CNC para atender às exigências rigorosas das indústrias aeroespacial, de geração de energia e nuclear. Esse método de processamento é ideal para alcançar as tolerâncias apertadas exigidas em pás de turbina, câmaras de combustão e outros componentes críticos. Além disso, a usinagem CNC garante alta precisão em peças submetidas a ambientes extremos, proporcionando integridade estrutural e desempenho duradouro.

Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Nimonic 90

O Nimonic 90 (UNS N07090 / W.Nr. 2.4632 / AMS 5586) é uma superliga endurecida por precipitação, reforçada pela formação de precipitados gama-prima (γ′). Isso aumenta a resistência da liga, a resistência à fluência e a estabilidade térmica, especialmente em aplicações com exposição prolongada a altas temperaturas.

Composição Química (Típica)

Propriedades Físicas

Propriedades Mecânicas (Tratamento de Solução + Envelhecido)

Principais Características do Nimonic 90

• Retenção de Resistência em Alta Temperatura Mantém resistência à tração >1050 MPa e limite de escoamento >760 MPa a 850°C, proporcionando desempenho confiável em motores de turbina e outros sistemas de alta temperatura.

• Resistência à Fluência Apresenta resistência à ruptura por fluência de 250 MPa a 850°C por 1000 horas, verificada conforme ASTM E139, garantindo estabilidade de longo prazo em componentes aeroespaciais e de usinas de energia.

• Resistência à Oxidação Resistente à oxidação até 950°C, formando uma camada de óxido Cr₂O₃ estável que minimiza a perda de massa e a degradação superficial em ambientes de alta temperatura.

• Durabilidade à Fadiga Térmica O baixo coeficiente de expansão térmica de 13,5 µm/m·°C minimiza o acúmulo de tensões em componentes submetidos a ciclos repetidos de aquecimento e resfriamento.

• Estabilidade Estrutural Aprimorada Reforçada por precipitados γ′ e carbonetos ricos em Mo, melhorando a resistência à fluência e à fadiga em peças rotativas e fixadores expostos a elevadas tensões mecânicas e térmicas.

Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Nimonic 90

Desafios de Usinagem

Alta Dureza e Abrasividade

• Gama-prima e outras fases duras levam a desgaste rápido da ferramenta, especialmente em ferramentas de metal duro sem revestimento.

Baixa Dissipação de Calor

• O Nimonic 90 possui baixa condutividade térmica, gerando altas temperaturas na zona de corte que podem causar deriva dimensional e trincas térmicas.

Encruamento

• A liga encrua rapidamente, exigindo parâmetros de corte precisos e ferramentas afiadas para manter o acabamento superficial e a precisão dimensional.

Estratégias de Usinagem Otimizadas

Seleção de Ferramentas

Parâmetros de Corte (Conforme ISO 3685)

Tratamento de Superfície para Peças de Nimonic 90 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 90

• 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.