Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Introdução ao Ti-5Al-2.5Sn (Grau 6)
O Ti-5Al-2.5Sn, designado como titânio Grau 6, é uma liga de titânio quase-alfa que oferece uma combinação de resistência moderada, excelente soldabilidade e resistência superior à fluência. Ela é especialmente projetada para serviço em temperaturas elevadas em ambientes aeroespaciais, marítimos e de geração de energia.
Graças à sua estabilidade térmica e ao desempenho consistente em atmosferas oxidantes, o Ti-5Al-2.5Sn é uma escolha confiável para peças de titânio usinadas por CNC críticas. Serviços de usinagem CNC de alto desempenho são utilizados para entregar componentes de precisão com excelente exatidão dimensional, mesmo em estruturas aeroespaciais complexas e de paredes finas.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-5Al-2.5Sn (Grau 6)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Fornece resistência à corrosão e estabilidade estrutural |
Alumínio (Al) | 4,5–5,5 | Estabilizador alfa, melhora a resistência e a resistência à oxidação |
Estanho (Sn) | 2,0–3,0 | Melhora a resistência à fluência e à fadiga térmica |
Oxigênio (O) | ≤0,15 | Reforça a matriz, mas afeta a ductilidade |
Ferro (Fe) | ≤0,30 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0,015 | Precisa de controle para prevenir fragilização por hidrogênio |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4,54 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 7,1 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,60 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8,3 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 565 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 | 745–860 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 690–790 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 280–320 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-5Al-2.5Sn (Grau 6)
Excelente Desempenho em Alta Temperatura: Mantém resistência mecânica e resistência à fluência até 450°C, ideal para dutos de motor a jato e estruturas de pós-combustão.
Soldabilidade Superior: O Grau 6 oferece excelente integridade de solda sem degradação significativa das propriedades mecânicas — ideal para vasos de pressão e tubulações aeroespaciais.
Estabilidade Térmica: Apresenta baixa expansão térmica (8,3 µm/m·°C) e alta resistência à fadiga térmica, sustentando desempenho em ambientes de alta carga térmica em alto ciclo.
Resistência à Oxidação: A formação estável de uma camada superficial de TiO₂ protege as peças contra carepa e corrosão em gases quentes e atmosferas marinhas.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Grau 6
Desafios de Usinagem
Tenacidade e Baixa Condutividade: A alta tenacidade combinada com condutividade térmica de apenas 7,1 W/m·K leva à geração excessiva de calor na zona de corte, causando desgaste da ferramenta.
Comportamento de Endurecimento por Deformação: O Ti-5Al-2.5Sn endurece durante a usinagem se a carga de cavaco for insuficiente, afetando a vida útil da ferramenta e o acabamento superficial.
Risco de Aderência na Ferramenta: A formação de aresta postiça (BUE) ocorre em altas temperaturas, impactando a precisão e aumentando a chance de gripagem (galling).
Precisão Dimensional: A recuperação elástica e o retorno (módulo ~110 GPa) exigem compensação para manter o controle dimensional em recursos de precisão.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Insertos de metal duro ou CBN | Adequados para resistência ao desgaste em alta temperatura |
Revestimento | AlTiN ou TiAlSiN (PVD de 3–5 µm) | Minimiza a adesão e a degradação relacionada ao calor |
Geometria | Saída afiada, arestas brunidas | Reduz a força e melhora a evacuação de cavacos |
Velocidade de Corte | 20–60 m/min | Equilibra a carga térmica e o acabamento superficial |
Avanço | 0,10–0,25 mm/volta | Garante formação adequada de cavaco |
Refrigerante | Emulsão de alta pressão ≥100 bar | Evita acúmulo de calor e reduz o atrito |
Parâmetros de Corte do Ti-5Al-2.5Sn (Grau 6) (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 | 45–65 | 0,05–0,10 | 0,2–0,5 | 100–150 |
Tratamento de Superfície para Peças de Titânio Grau 6
Prensagem Isostática a Quente (HIP) aumenta a densidade da peça e elimina vazios internos, melhorando o desempenho à fadiga em peças de turbina e propulsão.
Tratamento Térmico envolve alívio de tensões e envelhecimento a ~600°C, otimizando a resistência à fluência e a estabilidade dimensional.
Soldagem de Superligas permite soldas de resistência total com porosidade e trincas mínimas em sistemas aeroespaciais qualificados para pressão.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) protege peças Grau 6 contra oxidação e fadiga térmica em exaustão de motores a jato ou reatores químicos.
Usinagem CNC possibilita precisão de ±0,01 mm e é crítica para fabricar dutos de motor, carcaças de controle e tubulação aeroespacial de precisão.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) permite a criação de furos de precisão e canais de refrigeração sem introduzir tensões térmicas.
Furação Profunda atinge altas relações L/D com retidão <0,3 mm/m e Ra ≤ 1,6 µm, adequada para tubulação pressurizada e dutos.
Ensaios de Materiais incluem validação de ruptura por fluência, revisão microestrutural por SEM e detecção ultrassônica de descontinuidades para garantia de qualidade.
Ensaios e Análise de Materiais
Peças Grau 6 passam por ensaios de tração em alta temperatura, avaliação de fluência, testes de vida em fadiga e análises XRD/SEM para garantir integridade em condições de serviço aeroespaciais, nucleares e marinhas.
Aplicações Industriais do Ti-5Al-2.5Sn (Grau 6)
Aeroespacial: Usado em dutos de motores a jato, tubulação hidráulica e revestimentos de fuselagem operando sob alta carga térmica.
Geração de Energia: Tubulações de alta temperatura e componentes de controle de fluxo para turbinas a vapor e a gás.
Marinha: Trocadores de calor e tubulações de plantas de dessalinização expostos a salmoura quente e ambientes de água do mar.
Defesa: Estruturas e carcaças para sistemas de propulsão e exaustão que exigem equilíbrio resistência-peso.
Equipamentos Industriais: Equipamentos em ambientes corrosivos e com ciclos térmicos, como reatores e trocadores de calor.
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