Rene 108
Introdução ao Rene 108
O Rene 108 é uma superliga de níquel de alto desempenho, projetada para aplicações que exigem resistência excepcional, resistência à oxidação e resistência à fluência em temperaturas elevadas. Frequentemente utilizada em setores críticos como aeroespacial e geração de energia, o Rene 108 mantém sua integridade estrutural em ambientes onde os componentes são expostos a tensões térmicas e mecânicas cíclicas. Sua capacidade de suportar altas temperaturas mantendo excelentes propriedades mecânicas o torna ideal para motores de turbina, câmaras de combustão e outros sistemas de energia de alta eficiência.
serviços de usinagem CNC são comumente utilizados para produzir componentes em Rene 108 e atender às exigências rigorosas dessas aplicações. A usinagem CNC oferece a precisão e a repetibilidade necessárias para fabricar pás de turbina, escudos térmicos e outras peças críticas que precisam manter sua integridade sob condições extremas.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Rene 108
O Rene 108 (UNS N07085 / W.Nr. 2.4958) é uma liga de níquel-cromo-alumínio projetada para máxima resistência e resistência à corrosão em condições de alta temperatura, especialmente em turbinas a gás e motores a jato.
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Níquel (Ni) | Balanço (~50,0) | Matriz base; fornece resistência à oxidação e à corrosão em temperaturas elevadas |
Cromo (Cr) | 12,0–15,0 | Forma uma camada protetora de óxido Cr₂O₃ que aumenta a resistência à oxidação |
Cobalto (Co) | 7,5–9,0 | Melhora a resistência em alta temperatura e a resistência à fadiga térmica |
Molibdênio (Mo) | 2,0–3,0 | Reforça a liga e melhora a resistência à fluência sob tensão |
Titânio (Ti) | 2,0–3,0 | Forma a fase γ′ para reforço por precipitação, melhorando a resistência à fadiga |
Alumínio (Al) | 1,5–2,5 | Contribui para a formação da fase γ′, aumentando a resistência e a resistência à fluência |
Ferro (Fe) | ≤1,0 | Elemento residual |
Carbono (C) | ≤0,08 | Forma carbonetos para melhorar a resistência em alta temperatura e a resistência ao desgaste |
Manganês (Mn) | ≤1,0 | Melhora a trabalhabilidade a quente e reduz a formação de carbonetos |
Silício (Si) | ≤0,5 | Aumenta a resistência à oxidação e melhora a estabilidade em alta temperatura |
Boro (B) | ≤0,005 | Reforça os contornos de grão e melhora a resistência à fluência em temperaturas elevadas |
Zircônio (Zr) | ≤0,05 | Aumenta a resistência à ruptura por fluência e a estabilidade do material |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 8,4 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1330–1370°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 13,0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,12 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 14,0 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 450 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 215 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Solubilizado + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 850–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥18% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 240–280 HB | ASTM E10 |
Resistência à Ruptura por Fluência | 220 MPa a 900°C (1000 h) | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Excelente | ASTM E466 |
Principais Características do Rene 108
Resistência em Alta Temperatura O Rene 108 foi projetado para manter resistência à tração acima de 1100 MPa em temperaturas de até 900°C, tornando-o ideal para motores de turbina aeroespaciais e componentes de geração de energia de alto desempenho.
Reforço por Precipitação A fase γ′ (Ni₃Ti) aumenta a resistência do material por meio de tratamentos de envelhecimento, permitindo desempenho excepcional sob estresse térmico e carregamento cíclico.
Resistência Superior à Oxidação e à Corrosão Cromo e alumínio aumentam a capacidade da liga de formar uma camada de óxido protetora, oferecendo resistência à oxidação e à corrosão em temperaturas de até 1050°C.
Resistência à Fluência e à Fadiga A excelente resistência à ruptura por fluência garante integridade estrutural sob exposição prolongada a altas temperaturas e tensões. A liga também apresenta excelente resistência à fadiga, crucial para pás de turbina e outros componentes críticos.
Boa Soldabilidade O Rene 108 mantém boa soldabilidade, permitindo reparos e processos de união sem degradação significativa de resistência, mesmo na zona afetada pelo calor.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para o Rene 108
Desafios de Usinagem
Desgaste da Ferramenta e Lascamento da Aresta
Devido à sua alta dureza e ao reforço por solução sólida, o Rene 108 acelera o desgaste da ferramenta, especialmente em ferramentas de metal duro durante operações de usinagem.
Geração de Calor
A baixa condutividade térmica da liga leva a altas temperaturas na zona de corte, tornando necessário o uso de métodos de refrigeração eficientes para evitar distorção dimensional e degradação da ferramenta.
Encruamento
As características de encruamento do Rene 108 exigem controle cuidadoso dos parâmetros de usinagem para evitar dureza superficial excessiva e minimizar o desgaste da ferramenta.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro (K20–K30) ou pastilhas de CBN para acabamento | Resiste a altas temperaturas de corte e ao desgaste |
Revestimento | PVD de AlTiN ou TiSiN (3–5 µm) | Reduz o atrito e melhora a vida útil da ferramenta |
Geometria | Ângulo de saída positivo (6–8°), aresta afiada (~0,05 mm) | Reduz forças de corte e minimiza o encruamento |
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 | 0,15–0,25 | 2,0–3,0 | 100–120 |
Acabamento | 25–35 | 0,05–0,10 | 0,3–0,8 | 120–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças Usinadas em Rene 108
Prensagem Isostática a Quente (HIP)
HIP elimina a porosidade interna e melhora a resistência à fadiga dos componentes em Rene 108 em mais de 25%, tornando-o ideal para pás de turbina e outras peças aeroespaciais críticas.
Tratamento Térmico
Tratamento Térmico envolve tratamento de solubilização a 1100°C seguido de envelhecimento a 800°C para maximizar a formação da fase γ′, aumentando a resistência à fluência e a resistência à tração.
Soldagem de Superligas
Soldagem de Superligas fornece soldas sem trincas e de alta resistência, com mínima redução das propriedades mecânicas na zona afetada pelo calor, garantindo integridade estrutural.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC)
Revestimento TBC melhora o desempenho do componente ao reduzir as temperaturas de operação da superfície em até 200°C, prolongando a vida útil de pás de turbina e componentes de exaustão.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM)
EDM permite a usinagem de alta precisão de furos de refrigeração e características complexas no Rene 108, alcançando tolerâncias de ±0,005 mm sem distorção térmica.
Furação Profunda
Furação Profunda alcança relações L/D >30:1 e desvios de concentricidade <0,3 mm/m, essenciais para criar passagens profundas e precisas para turbinas a gás.
Ensaios e Análise de Materiais
Ensaios de Materiais incluem ensaios de tração, fluência, fadiga e difração de raios X para validar as propriedades mecânicas do Rene 108 para componentes aeroespaciais de alto desempenho.
Aplicações Industriais de Componentes em Rene 108
Motores Aeroespaciais: Pás de turbina de alto desempenho, discos de compressor e escudos térmicos expostos a tensões térmicas e mecânicas cíclicas.
Geração de Energia: Pás, bocais e aletas de turbinas a gás operando em turbinas de alta eficiência.
Reatores Nucleares: Vasos de pressão, componentes de reator e válvulas submetidos a alta radiação e condições térmicas.
Sistemas Turbo Automotivos: Componentes de turbocompressor e válvulas de escape de alto desempenho para motores de corrida.
Equipamentos Industriais de Tratamento Térmico: Componentes de forno, vedações e dispositivos em processos industriais de alta temperatura.
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