Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Introdução ao Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
O Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, amplamente conhecido como Ti5553, é uma liga de titânio quase-beta de alta resistência desenvolvida para aplicações aeroespaciais, de defesa e estruturais que exigem desempenho mecânico excepcional. Ela é conhecida por sua excelente relação resistência/peso, alta resistência à fadiga e elevada temperabilidade em seção (deep hardenability), tornando-a ideal para componentes sob condições de carregamento extremo.
Devido à sua dureza e complexidade metalúrgica, o Ti5553 é melhor processado com serviços avançados de usinagem CNC. Peças de titânio usinadas por CNC de alta precisão feitas de Ti5553 devem atender tolerâncias dimensionais rigorosas e requisitos exigentes de acabamento superficial, especialmente para uso em elementos estruturais de aeronaves, trem de pouso e sistemas militares.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Fornece resistência à corrosão e resistência base |
Alumínio (Al) | 4,5–5,5 | Estabilizador alfa, aumenta a resistência em alta temperatura |
Vanádio (V) | 4,5–5,5 | Estabilizador beta, melhora a fadiga e a tenacidade |
Molibdênio (Mo) | 4,5–5,5 | Melhora a resistência à fluência e a temperabilidade |
Cromo (Cr) | 2,5–3,5 | Contribui para a estabilidade de fases e resistência à corrosão |
Zircônio (Zr) | ≤0,3 | Aumenta a resistência à fluência e à fadiga |
Oxigênio (O) | ≤0,15 | Reforça a liga, afeta a ductilidade |
Ferro (Fe) | ≤0,25 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0,015 | Controlado para evitar fragilização |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4,78 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 6,8 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,70 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8,6 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 560 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 115 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Tratado em Solução + Envelhecido)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 1100–1350 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 1030–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 340–390 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Resistência Ultraelevada: Com limites de escoamento acima de 1200 MPa, o Ti5553 rivaliza com o aço em desempenho, oferecendo quase metade da densidade.
Predominância da Fase Beta: Sua microestrutura quase-beta oferece excelente temperabilidade e boa processabilidade térmica, ideal para componentes forjados ou de seções espessas.
Tenacidade à Fratura Superior: Apresenta bom desempenho em ambientes de fadiga de alto ciclo, essencial para fixadores aeroespaciais e ligações estruturais.
Estabilidade Térmica e Soldabilidade: Embora a soldagem seja desafiadora devido ao teor de beta, ela pode ser realizada com metal de adição adequado e tratamento térmico pós-solda.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Ti5553
Desafios de Usinagem
Alta Resistência e Endurecimento por Deformação: O Ti5553 encrua rapidamente durante a usinagem, gerando maiores forças de corte e distorção superficial se não forem usadas ferramentas otimizadas.
Baixa Condutividade Térmica: Gera calor na interface ferramenta–peça, acelerando o desgaste da ferramenta e aumentando o risco de deriva dimensional.
Aderência na Ferramenta e Desgaste em Entalhe: A fase beta da liga favorece a gripagem (galling) e o desgaste em entalhe, especialmente nas arestas da ferramenta durante torneamento e furação.
Controle de Tolerâncias Apertadas: O retorno elástico e a recuperação elástica (módulo ~115 GPa) exigem compensação nas etapas finais de acabamento.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino ou CBN | Garante durabilidade sob alta tensão de corte |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (≥4 µm) | Oferece proteção térmica e contra abrasão |
Geometria | Saída positiva, aresta brunida | Minimiza a pressão de corte e o desgaste do gume |
Velocidade de Corte | 20–50 m/min | Reduz o acúmulo térmico |
Avanço | 0,10–0,25 mm/volta | Garante formação limpa de cavacos |
Refrigerante | Emulsão de alta pressão ≥100 bar | Evita superaquecimento da ferramenta e soldagem do cavaco |
Parâmetros de Corte do Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) (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 Ti5553
Prensagem Isostática a Quente (HIP) aumenta a resistência à fadiga e a integridade estrutural, ideal para trem de pouso e sistemas de ligação.
Tratamento Térmico envolve solubilização a ~830–870°C e envelhecimento a 480–600°C para otimização de resistência.
Soldagem de Superligas requer metal de adição compatível com beta e alívio de tensões pós-solda para evitar “alpha case” ou fragilização.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) protege componentes em ambientes de empuxo e propulsão de alta temperatura.
Usinagem CNC garante tolerâncias de ±0,01 mm em peças como braços de controle e suportes estruturais de alta carga.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) é adequada para perfis internos complexos e características finas.
Furação Profunda entrega retidão <0,3 mm/m com Ra ≤1,6 µm em conjuntos aeroespaciais espessos ou estruturais.
Ensaios de Materiais incluem SEM, mapeamento de dureza, análise de fluência e inspeção ultrassônica para garantir conformidade de grau aeroespacial.
Ensaios e Análise de Materiais
O Ti5553 é avaliado por meio de ensaios de tração em alta temperatura, validação microestrutural de fases, testes de resistência à fluência e END ultrassônico, seguindo normas AMS e ASTM.
Aplicações Industriais do Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Aeroespacial: Usado em anteparas, vigas de trem de pouso e membros estruturais que exigem resistência ultraelevada.
Defesa: Aplicado em estruturas de blindagem, componentes de mísseis e estruturas resistentes a explosões.
Geração de Energia: Ideal para carcaças de compressores e componentes de turbinas expostos a cargas cíclicas.
Equipamentos Industriais: Acoplamentos mecânicos de alto esforço e conjuntos de sustentação de carga em automação e robótica.
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