11Cr-3Al (TC11)
Introdução ao 11Cr-3Al (TC11)
11Cr-3Al, designado como TC11, é uma liga de titânio alfa-beta de alta resistência e alta temperatura, desenvolvida principalmente para aplicações exigentes na indústria aeroespacial e de geração de energia. Com excelentes propriedades mecânicas em altas temperaturas, resistência superior à fluência e comportamento de oxidação estável, o TC11 é ideal para ambientes de serviço de até 500 °C.
A resistência da liga e sua boa usinabilidade nas condições recozida ou tratada em solução a tornam uma forte candidata para peças de titânio usinadas em CNC. Quando processados com serviços avançados de usinagem CNC, os componentes em TC11 podem alcançar alta precisão, desempenho superior à fadiga e estabilidade térmica de longo prazo para estruturas aeroespaciais, discos de compressores e carcaças de motores.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do 11Cr-3Al (TC11)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (%, em peso) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balance | Matriz resistente à corrosão com estabilidade estrutural |
Cromo (Cr) | 10.0–12.0 | Estabilizador beta, melhora a resistência à oxidação e à fluência |
Alumínio (Al) | 2.5–3.5 | Estabilizador alfa, aumenta a resistência e a resistência à oxidação |
Molibdênio (Mo) | 0.8–1.5 | Melhora a temperabilidade e a resistência à fluência |
Silício (Si) | ≤0.30 | Melhora a resistência à oxidação |
Ferro (Fe) | ≤0.50 | Elemento residual |
Oxigênio (O) | ≤0.15 | Aumenta a resistência, deve ser controlado para manter a ductilidade |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar fragilização |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4.57 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1620–1670 °C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 6.3 W/m·K a 100 °C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1.67 µΩ·m a 20 °C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8.5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 560 J/kg·K a 20 °C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 115 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Tratado em Solução + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 950–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 850–950 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 300–340 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente até 500 °C | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do 11Cr-3Al (TC11)
Desempenho em Alta Temperatura: Mantém resistência à tração acima de 950 MPa e excelente resistência à fluência em serviço contínuo a 450–500 °C.
Oxidação e Estabilidade Térmica: O cromo e o alumínio promovem a formação de um filme de óxido denso e protetor, limitando a degradação do material em ambientes de turbinas e exaustão.
Excelente Resistência à Fadiga: Adequado para componentes rotativos ou vibratórios expostos a tensões térmicas e mecânicas cíclicas.
Boa Soldabilidade e Integridade Estrutural: Permite uniões confiáveis e desempenho mecânico consistente após tratamento térmico.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio TC11
Desafios de Usinagem
Acúmulo de Calor: O TC11 possui condutividade térmica relativamente baixa, causando superaquecimento da aresta da ferramenta e redução da vida útil durante cortes contínuos.
Recuperação Elástica e Encruamento: O alto módulo de elasticidade e a tendência ao encruamento dificultam a precisão do passe final e o controle do cavaco.
Formação de Óxidos Abrasivos: A formação de óxidos duros na superfície durante usinagem em alta velocidade pode aumentar o desgaste da ferramenta de corte.
Altos Requisitos de Qualidade Superficial: Exige acabamentos finos (Ra < 0,8 µm) para superfícies de vedação aeroespaciais e peças rotativas.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino, pastilhas revestidas | Alta resistência ao desgaste em altas temperaturas |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN | Resiste à adesão e melhora a resistência à oxidação |
Geometria | Ângulo de saída positivo, aresta honed de 0,05 mm | Reduz a força de corte e o acúmulo de calor |
Velocidade de Corte | 20–45 m/min | Evita danos térmicos e soldagem do cavaco |
Avanço | 0.10–0.20 mm/rev | Equilibra pressão na ferramenta e qualidade do acabamento |
Fluido de Corte | Emulsão através da ferramenta ≥100 bar | Melhora a remoção de cavacos e o controle térmico |
Parâmetros de Corte do 11Cr-3Al (TC11) (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (através da ferramenta) |
Acabamento | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Titânio TC11
Prensagem Isostática a Quente (HIP) melhora o desempenho à fadiga e à fluência ao eliminar porosidades e aumentar a densidade.
Tratamento Térmico envolve recozimento em solução a 950–970 °C e envelhecimento a 500–540 °C para resistência ideal à fluência.
Soldagem de Superligas permite a montagem estrutural sob proteção de argônio com alívio de tensões pós-soldagem para integridade aeroespacial.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) protege peças em TC11 que operam em ambientes oxidantes e de ciclos térmicos, como carcaças de turbinas.
Usinagem CNC garante tolerância de ±0,01 mm e baixa rugosidade Ra para componentes rotativos críticos.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) permite a geração precisa de geometrias em peças endurecidas e de paredes espessas.
Furação Profunda suporta L/D >30:1 com Ra ≤1,6 µm em componentes de resfriamento de alta temperatura.
Ensaios de Materiais incluem ensaios de fluência, análise de fases, imagens SEM e END ultrassônico para garantir a integridade estrutural.
Ensaios e Análise de Materiais
Os componentes em TC11 são submetidos a ensaios de tração e fluência em altas temperaturas, caracterização microestrutural por SEM e detecção ultrassônica de defeitos, com base em normas GB, AMS e padrões aeroespaciais.
Aplicações Industriais do 11Cr-3Al (TC11)
Aeroespacial: Discos de compressores, carcaças de motores e estruturas portantes expostas a altos ciclos térmicos.
Geração de Energia: Utilizado em pás de turbinas, dutos de transição e câmaras de combustão que exigem alta resistência em temperatura elevada.
Equipamentos Industriais: Ideal para eixos rotativos e conjuntos mecânicos de alta carga sujeitos à fadiga térmica.
Defesa: Utilizado em sistemas de propulsão aeroespacial de defesa e componentes estruturais.
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