Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Introdução ao Ti-10V-2Fe-3Al (Grau 19)
Ti-10V-2Fe-3Al, ou Grau 19, é uma liga de titânio beta metaestável desenvolvida para aplicações estruturais de alta resistência que exigem excelente conformabilidade a frio e alta temperabilidade em seção (deep hardenability). Ela oferece uma combinação única de alta resistência à tração, excelente tenacidade e resistência moderada à corrosão — tornando-se uma forte candidata para aeroespacial, defesa e equipamentos industriais.
Devido ao seu alto desempenho mecânico e boa usinabilidade no estado solubilizado (solution-treated), o Ti-10V-2Fe-3Al é adequado para peças de titânio usinadas por CNC de precisão. Essas peças se beneficiam de tolerâncias rigorosas, excelente acabamento superficial e da flexibilidade oferecida por serviços de usinagem CNC avançados, especialmente para componentes estruturais aeroespaciais e automotivos.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-10V-2Fe-3Al (Grau 19)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Resistência à corrosão e elemento base estrutural |
Vanádio (V) | 9.0–11.0 | Estabilizador beta, melhora resistência e ductilidade |
Ferro (Fe) | 1.7–2.3 | Aumenta a temperabilidade e as propriedades de tração |
Alumínio (Al) | 2.5–3.5 | Melhora a resistência e a estabilidade |
Oxigênio (O) | ≤0.15 | Reforça a liga com leve comprometimento de ductilidade |
Hidrogênio (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar fragilização |
Nitrogênio (N) | ≤0.03 | Elemento residual |
Carbono (C) | ≤0.05 | Elemento residual |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4.64 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1580–1620°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 7.2 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1.68 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8.7 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 560 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 114 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Tratado em Solução + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0.2%) | 1030–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–370 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Moderada a Boa | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-10V-2Fe-3Al (Grau 19)
Alta Resistência à Tração e ao Escoamento: Apresenta limite de escoamento >1000 MPa após tratamento térmico, comparável a alguns aços, com densidade ~45% menor.
Boa Conformabilidade a Frio: Diferentemente da maioria das ligas de titânio de alta resistência, o Grau 19 mantém ductilidade moderada no estado solubilizado, sendo adequado para operações de conformação.
Alta Temperabilidade em Seção (Deep Hardenability): Oferece propriedades mecânicas uniformes em seções espessas, tornando-o ideal para peças forjadas e componentes de suporte de carga.
Soldável com Pós-tratamento: Pode ser soldado no estado solubilizado com metal de adição adequado e envelhecimento para recuperar a resistência.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Grau 19
Desafios de Usinagem
Endurecimento por Deformação Moderado: Embora mais fácil do que ligas alfa-beta, o Ti-10V-2Fe-3Al ainda pode encruar sob controle inadequado de cavacos.
Acúmulo de Calor e Desgaste de Ferramenta: A condutividade térmica é baixa, exigindo alta pressão de fluido e ferramentas afiadas para evitar queima superficial ou falha da ferramenta.
Retorno Elástico e Recuperação: O módulo de elasticidade (114 GPa) causa leve retorno elástico em peças de parede fina ou de alta precisão.
Gripagem na Superfície: A fase beta de alta resistência pode causar “smearing”/gripagem no gume de corte em usinagem a seco ou com lubrificação insuficiente.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino ou CBN | Garante resistência e boa resistência ao desgaste |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (≥3 µm PVD) | Evita gripagem e aumenta a vida útil da ferramenta |
Geometria | Saída positiva afiada, aresta honed | Minimiza encruamento e força de corte |
Velocidade de Corte | 25–55 m/min | Reduz temperatura da ferramenta e deformação |
Avanço | 0.10–0.25 mm/volta | Mantém corte limpo com boa evacuação de cavacos |
Refrigerante | Emulsão através da ferramenta ≥100 bar | Garante resfriamento e lavagem eficaz de cavacos |
Parâmetros de Corte do Ti-10V-2Fe-3Al (Grau 19) (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/volta) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (através da ferramenta) |
Acabamento | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamento de Superfície para Peças de Titânio Grau 19
Prensagem Isostática a Quente (HIP) aumenta a vida em fadiga e a densidade estrutural para forjados aeroespaciais e peças de trem de pouso.
Tratamento Térmico inclui solubilização a 750–800°C e envelhecimento a 500–550°C para otimizar resistência e ductilidade.
Soldagem de Superligas é viável no estado solubilizado, com envelhecimento pós-solda para restaurar o desempenho mecânico.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) é aplicado em peças expostas a cargas térmicas cíclicas para proteger as superfícies contra oxidação.
Usinagem CNC permite a fabricação de componentes críticos de voo ou de suspensão com tolerâncias de ±0,01 mm.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) é usada para perfis complexos, furos de refrigeração ou microgeometrias em peças endurecidas.
Furação Profunda possibilita L/D >30:1 com retilineidade <0,3 mm/m e acabamento superficial Ra ≤1,6 µm.
Ensaios de Materiais garantem composição de fases, uniformidade de dureza e integridade estrutural por meio de ensaios de tração, fluência e END por ultrassom.
Ensaios e Análise de Materiais
Os ensaios para Ti-10V-2Fe-3Al incluem verificação de resistência à tração em alta temperatura, caracterização da resposta ao envelhecimento, tenacidade à fratura e detecção de descontinuidades por ultrassom, conforme normas aeroespaciais e militares.
Aplicações Industriais do Ti-10V-2Fe-3Al (Grau 19)
Aeroespacial: Conectores aeronáuticos, atuadores hidráulicos e fixadores que exigem alta resistência e baixo peso.
Defesa: Componentes em corpos de mísseis, estruturas aeronáuticas e conjuntos de absorção de choque.
Geração de Energia: Parafusos estruturais e peças rotativas em conjuntos de turbinas de alta carga e alta rotação.
Equipamentos Industriais: Estruturas de robôs, juntas articuladas e sistemas de suporte de carga que exigem leveza e durabilidade.
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