Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Introdução ao Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, comumente referido como Ti-15-3, é uma liga de titânio beta metaestável desenvolvida para aplicações aeroespaciais e industriais de alto desempenho. É conhecida por sua elevada relação resistência/peso, excelente conformabilidade a frio e tenacidade excepcional após tratamento térmico. O Ti-15-3 é particularmente adequado para perfilagem por rolos (roll-forming), conformação superplástica e embutimento profundo a frio, além de usinagem CNC de precisão.
Devido à sua excelente usinabilidade na condição tratada em solução, o Ti-15-3 é uma escolha ideal para produzir peças de titânio usinadas em CNC de alto desempenho. Essas peças, fabricadas por meio de serviços avançados de usinagem CNC, são frequentemente encontradas em estruturas aeroespaciais, suportes de motores e componentes de precisão que exigem alta resistência e resistência à fadiga.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (%, em peso) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balance | Fornece a base estrutural e resistência à corrosão |
Vanádio (V) | 14.0–16.0 | Estabilizador beta, aumenta a resistência e a temperabilidade |
Cromo (Cr) | 2.5–3.5 | Melhora a resistência à oxidação e as propriedades de fluência |
Estanho (Sn) | 2.5–3.5 | Contribui para a estabilidade térmica e a resistência |
Alumínio (Al) | 2.5–3.5 | Melhora a resistência à fadiga e o controle de fases |
Oxigênio (O) | ≤0.13 | Aumenta a resistência; deve ser controlado para manter a ductilidade |
Hidrogênio (H) | ≤0.015 | Limitado para evitar fragilização |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual |
Ferro (Fe) | ≤0.30 | Elemento residual |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4.66 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1590–1650°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 6.6 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1.68 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8.6 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 550 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 105 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Tratado em Solução + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–360 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Conformabilidade a Frio | Excelente | ASTM F1162 |
Principais Características do Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Alta Resistência e Baixo Peso: O Ti-15-3 fornece resistências à tração acima de 1000 MPa com quase metade do peso do aço, ideal para componentes estruturais aeroespaciais.
Excelente Trabalhabilidade a Frio: Ao contrário da maioria das ligas de titânio, o Ti-15-3 pode ser conformado a frio em geometrias complexas sem trincas, reduzindo etapas de fabricação.
Resistência Superior à Fadiga: Mantém as propriedades mecânicas sob carregamento cíclico, particularmente útil para revestimentos de aeronaves e componentes de suportes (brackets).
Boa Tratabilidade Térmica: Totalmente tratável termicamente para ajustar resistência, tenacidade e vida em fadiga.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Ti-15-3
Desafios de Usinagem
Desgaste de Ferramenta: Embora seja mais usinável do que ligas alfa ou alfa-beta, o Ti-15-3 ainda causa desgaste abrasivo em ferramentas sem revestimento sob condições a seco ou com baixa lubrificação.
Baixa Condutividade Térmica: O calor se concentra na interface ferramenta-peça, levando à degradação prematura da ferramenta sem alta pressão de refrigeração.
Recuperação Elástica: Com módulo de 105 GPa, o retorno elástico após o corte afeta a precisão dimensional em peças com tolerâncias apertadas.
Encruamento: Requer ferramentas afiadas e avanços adequados para minimizar o endurecimento e a rugosidade superficial.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro (classe K20/K30) | Oferece durabilidade contra desgaste e calor |
Revestimento | AlTiN ou TiCN | Resiste à oxidação e ao engripamento |
Geometria | Ângulo de saída positivo, aresta honed | Reduz a concentração de tensões e a formação de rebarbas |
Velocidade de Corte | 25–50 m/min | Equilibra calor e remoção de material |
Avanço | 0.10–0.25 mm/rev | Favorece cisalhamento limpo com mínima vibração |
Fluido de Corte | Emulsão através da ferramenta ≥100 bar | Garante gestão térmica e vida útil da ferramenta |
Parâmetros de Corte do Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) (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 | 40–55 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Titânio Ti-15-3
Prensagem Isostática a Quente (HIP) aumenta a resistência à fadiga e remove vazios internos, elevando a integridade estrutural.
Tratamento Térmico envolve tratamento em solução a ~800°C seguido de envelhecimento a 480–540°C para máxima resistência e ductilidade.
Soldagem de Superligas permite montagem confiável com tratamento térmico pós-soldagem para restaurar as propriedades do material.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) oferece proteção em ambientes cíclicos de alta temperatura, especialmente em sistemas aeroespaciais.
Usinagem CNC suporta tolerâncias de ±0,01 mm para suportes (brackets) aeronáuticos, ligações de comando e nervuras estruturais.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) fornece criação precisa de microcaracterísticas em componentes envelhecidos ou usinados em condição endurecida.
Furação Profunda permite furos retos com Ra ≤1,6 µm e L/D >30:1 para aplicações aeroespaciais e de ferramental.
Ensaios de Materiais incluem validação microestrutural, perfil de dureza, ensaios de fadiga e END conforme normas AMS.
Ensaios e Análise de Materiais
As peças em Ti-15-3 passam por ensaios de fadiga, validação da estrutura de fases (via SEM/XRD), ensaios de tração após envelhecimento e END ultrassônico para verificar o desempenho do material em componentes prontos para voo e de alta carga.
Aplicações Industriais do Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Aeroespacial: Estruturas de aeronaves, suportes (brackets), atuadores e peles conformadas que se beneficiam de alta resistência à fadiga e excelente conformabilidade a frio.
Defesa: Membros estruturais leves de alta resistência e componentes de carcaças de mísseis.
Equipamentos Industriais: Braços portantes e componentes dinâmicos em automação avançada.
Geração de Energia: Estruturas rotativas e conexões expostas à fadiga térmica e vibracional.
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