Principais diferenças entre a usinagem de TC4 (Ti-6Al-4V) e outras ligas de titânio
Do ponto de vista de engenharia e manufatura, usinar TC4 (Ti-6Al-4V, Grau 5) apresenta um conjunto distinto de desafios e considerações em comparação com outras ligas de titânio, principalmente devido à sua metalurgia específica, que se situa entre as famílias alfa e beta. As principais diferenças derivam da composição, resistência, propriedades térmicas e consequente usinabilidade.
Composição Metalúrgica e Microestrutura
O TC4 é uma liga alfa-beta, com alumínio estabilizando a fase alfa e vanádio estabilizando a fase beta. Esta estrutura balanceada proporciona excelentes propriedades mecânicas gerais. Em contraste, graus de titânio comercialmente puro (CP) (ex.: Grau 2) são predominantemente alfa, tornando-os mais macios, mais dúcteis e geralmente mais fáceis de usinar, mas com menor resistência. Ligas beta, como Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3), são mais ricas em elementos estabilizadores beta. Essas ligas são frequentemente usinadas em estado tratado em solução, onde são mais dúcteis, mas podem atingir resistências muito altas após envelhecimento, o que pode aumentar a dificuldade em operações de usinagem secundária devido à dureza extrema.
Usinabilidade e Desgaste da Ferramenta
O TC4 é frequentemente considerado o referencial para usinabilidade de titânio, mas ainda é um material desafiador. Sua resistência relativamente alta (resistência à tração ~900 MPa) e a manutenção dessa resistência em temperaturas elevadas levam a altas forças de corte e significativa pressão sobre a ferramenta. O principal problema é sua baixa condutividade térmica, que causa concentração de calor na interface ferramenta-peça em vez de ser evacuado com o cavaco. Isso leva a desgaste rápido da ferramenta, deformação plástica do fio de corte e encruamento se os parâmetros estiverem incorretos. Comparado ao titânio CP mais macio, o TC4 exige ferramentas mais robustas, velocidades de corte mais baixas e refrigeração agressiva. Comparado a ligas beta envelhecidas como Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553), o TC4 pode ser menos exigente, já que as ligas beta envelhecidas atingem resistências superiores a 1100 MPa, tornando-as excepcionalmente abrasivas e exigentes para as ferramentas de corte.
Gestão Térmica e Controle de Cavacos
A baixa condutividade térmica comum a todas as ligas de titânio é um fator crítico na usinagem do TC4. No entanto, seu comportamento específico de formação de cavaco é distinto. O TC4 produz cavacos segmentados em forma de "serra", resultantes de cisalhamento adiabático. Embora isso possa teoricamente reduzir a energia total de corte, cria cavacos finos e afiados que apresentam risco de emaranhamento e podem impedir o fluxo eficaz de refrigerante para a zona de corte. A evacuação eficaz dos cavacos é fundamental e frequentemente requer sistemas de refrigerante de alta pressão e alto volume através do porta-ferramenta. Processos como nosso Serviço de Fresagem CNC e Serviço de Torneamento CNC são otimizados considerando esses parâmetros. Em contraste, o titânio CP mais dúctil pode produzir cavacos longos e fibrosos, enquanto algumas ligas beta de alta resistência podem produzir cavacos ainda mais fragmentados, porém altamente abrasivos.
Ferramentas e Estratégias de Processo
Usinar TC4 com sucesso requer uma estratégia dedicada. Ferramentas de carboneto com geometrias afiadas e polidas e revestimentos especializados (ex.: PVD AlTiN) são padrão. A rigidez na máquina, na peça e na fixação é inegociável para combater a tendência do material a vibrar e causar chatter. Fresagem trocoidal e furação intermitente (peck drilling) são frequentemente empregadas para controlar o engajamento da ferramenta e o calor. Para ligas ainda mais desafiadoras, como as da categoria Serviço de Usinagem CNC de Superligas, essas estratégias são levadas ao limite, e às vezes métodos não convencionais, como Usinagem por Descarga Elétrica (EDM), tornam-se necessários. Além disso, tratamentos térmicos pós-processamento, como Tratamento Térmico para Usinagem CNC, podem ser aplicados ao TC4 para aliviar tensões, mas isso é um passo comum em muitas ligas de titânio de alto desempenho.
Seleção Baseada na Aplicação
A escolha da liga é fundamentalmente determinada pela aplicação. O excelente equilíbrio de resistência, peso, resistência à corrosão e biocompatibilidade do TC4 o torna a escolha padrão para estruturas aeroespaciais e componentes de Dispositivos Médicos, como implantes. Quando se requer maior resistência estática ou desempenho à fadiga, uma liga beta como Ti5553 pode ser selecionada, aceitando a maior dificuldade de usinagem. Para aplicações puramente resistentes à corrosão, onde a resistência é menos crítica, o titânio CP mais fácil de usinar é a escolha econômica. Nosso Serviço de Usinagem de Precisão está equipado para lidar com todo esse espectro, selecionando os parâmetros e trajetórias de corte ideais para cada grau de titânio específico, garantindo integridade da peça e custo-efetividade.
