Ti-3Al-2.5V (Grade 12)
Introdução ao Ti-3Al-2.5V (Grau 12)
O Ti-3Al-2.5V, comumente chamado de titânio Grau 12, é uma liga de titânio com microestrutura quase-alfa, reforçada por pequenas adições de alumínio e vanádio. Ela oferece uma combinação superior de resistência moderada, alta soldabilidade, excelente resistência à corrosão e maior conformabilidade, especialmente em ambientes quentes e marinhos.
Devido à sua resistência e excelente resistência à corrosão — especialmente em ambientes ácidos, com cloretos e oxidantes — o Ti-3Al-2.5V é amplamente utilizado em sistemas de tubulação industrial, trocadores de calor e componentes marinhos. Os fabricantes dependem de serviços de usinagem CNC e processos avançados para produzir peças de titânio usinadas por CNC de alta qualidade a partir do Grau 12, com tolerâncias apertadas para desempenho confiável em campo no longo prazo.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-3Al-2.5V (Grau 12)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Elemento base, excelente resistência à corrosão |
Alumínio (Al) | 2,5–3,5 | Estabilizador alfa, aumenta a resistência e a ductilidade |
Vanádio (V) | 1,5–2,5 | Estabilizador beta, melhora a temperabilidade e a resistência à fadiga |
Oxigênio (O) | ≤0,25 | Elemento intersticial de reforço |
Ferro (Fe) | ≤0,30 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0,015 | Controlado para evitar fragilização |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4,48 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 7,2 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,65 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8,5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 570 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 110 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Recozida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 620–725 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 500–620 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥18% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 230–270 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Moderada | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Boa | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-3Al-2.5V (Grau 12)
Alta Resistência à Corrosão: Desempenho excepcional em ambientes oxidantes e levemente redutores, especialmente em cloretos, ácido nítrico e água do mar.
Excelente Soldabilidade e Ductilidade: O Grau 12 solda de forma limpa, sem trincas pós-solda, e mantém a ductilidade — ideal para tanques, tubos e estruturas marinhas.
Estabilidade Térmica e Resistência à Oxidação: Adequado para uso contínuo até 400°C, com forte estabilidade do óxido superficial.
Boa Trabalhabilidade a Frio e a Quente: A conformabilidade superior torna o Grau 12 prático para trocadores de calor, flanges e conexões que exigem dobra ou repuxo profundo.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Grau 12
Desafios de Usinagem
Tendência à Gripagem (Galling): Como outras ligas de titânio, o Grau 12 adere às ferramentas, especialmente em temperaturas elevadas, afetando o acabamento superficial e a precisão.
Acúmulo de Calor: Com condutividade térmica moderada (7,2 W/m·K), a liga gera alto calor local na interface ferramenta–peça, reduzindo a vida útil da ferramenta.
Retorno Elástico e Baixo Módulo: O módulo de elasticidade de 110 GPa causa retorno elástico perceptível em peças de paredes finas, impactando a precisão no acabamento.
Desgaste de Ferramenta: Embora não seja tão dura quanto o Grau 5 ou 7, o comportamento de endurecimento por deformação do Grau 12 pode degradar rapidamente ferramentas de corte sem revestimento sob refrigeração inadequada.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro sem revestimento ou CBN | Mantém aresta afiada e alta resistência ao calor |
Revestimento | TiAlN ou TiSiN (PVD de 3–5 µm) | Ajuda a evitar soldagem do cavaco e gripagem |
Geometria | Saída positiva, arestas brunidas | Reduz o calor e a pressão de corte |
Velocidade de Corte | 20–50 m/min | Evita superaquecimento e desgaste excessivo da ferramenta |
Avanço | 0,10–0,25 mm/volta | Favorece a evacuação de cavacos e o acabamento superficial |
Refrigerante | Emulsão solúvel em água, ≥100 bar | Garante controle de temperatura e lavagem de cavacos |
Parâmetros de Corte do Ti-3Al-2.5V (Grau 12) (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 12
Prensagem Isostática a Quente (HIP) é aplicada em peças críticas para eliminar vazios internos e aumentar a resistência à fadiga e à corrosão.
Tratamento Térmico envolve recozimento a 700–760°C para melhorar a ductilidade e a estabilidade dimensional em peças conformadas ou soldadas.
Soldagem de Superligas permite juntas soldadas robustas para vasos de pressão e sistemas de tubulação química usando arame de adição correspondente.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) oferece proteção adicional em trocadores de calor e sistemas de água do mar, onde a oxidação e a formação de carepa são preocupações.
Usinagem CNC viabiliza a produção com tolerâncias apertadas de válvulas, peças de bombas e bocais de tanques, com precisão de até ±0,01 mm.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) é eficaz para produzir microfuros e recursos internos finos sem estresse mecânico.
Furação Profunda permite furação com L/D > 30:1, retidão do furo abaixo de 0,3 mm/m e Ra ≤ 1,6 µm em conjuntos de sistemas químicos.
Ensaios de Materiais incluem ensaio de corrosão intergranular, validação de tração, inspeção microestrutural por SEM e detecção ultrassônica de descontinuidades.
Ensaios e Análise de Materiais
Peças de titânio Grau 12 são testadas quanto à resistência à corrosão (ASTM G28), resistência mecânica (ASTM E8) e integridade de solda por meio de métodos de ensaio não destrutivo (END/NDT), para atender às especificações do setor e dos clientes.
Aplicações Industriais do Ti-3Al-2.5V (Grau 12)
Geração de Energia: Usado em trocadores de calor, vasos de pressão e condensadores de vapor por sua resistência à corrosão e estabilidade térmica.
Marinha: Ideal para sistemas de tubulação e elementos estruturais em condições de serviço com água do mar ou salmoura.
Processamento Químico: Resiste ao ataque em meios clorados e ácidos, incluindo ambientes com hipoclorito e ácido nítrico.
Defesa: Tubos e revestimentos Grau 12 usados em sistemas navais e componentes de propulsão que exigem resistência à corrosão.
Equipamentos Industriais: Usado em conexões, tanques e peças de sistemas pressurizados expostos a meios de processo agressivos.
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