Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Introdução ao Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr, comumente conhecido como TA15, é uma liga de titânio alfa + beta de alta resistência amplamente utilizada nas indústrias aeroespacial, de defesa e de engenharia de energia. Ela oferece excelente soldabilidade, alta resistência à fadiga e boa resistência à fluência em temperaturas elevadas, tornando-a ideal para componentes estruturais que operam em condições exigentes.
O TA15 apresenta uma relação resistência/peso superior e estabilidade sob cargas térmicas. Esses atributos o tornam muito adequado para peças de titânio usinadas por CNC críticas, especialmente quando produzidas com serviços de usinagem CNC de alta precisão que entregam tolerâncias apertadas e qualidade consistente para estruturas aeroespaciais, suportes de motor e estruturas de suporte.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Elemento base que fornece resistência à corrosão e resistência estrutural |
Alumínio (Al) | 6.0–7.0 | Estabilizador alfa que melhora a resistência em alta temperatura |
Molibdênio (Mo) | 0.8–1.2 | Estabilizador beta, melhora a resistência à fluência e à fadiga |
Vanádio (V) | 0.8–1.2 | Aumenta a resistência e a estabilidade de fases |
Zircônio (Zr) | 1.8–2.2 | Promove resistência à fluência e estabilidade térmica |
Oxigênio (O) | ≤0.15 | Melhora a resistência, mas afeta a ductilidade |
Ferro (Fe) | ≤0.30 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0.015 | Mantido baixo para evitar fragilização |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4.52 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 7.0 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1.65 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 | 1000–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0.2%) | 900–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–370 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Alta Resistência Estrutural: Com resistência à tração >1000 MPa e resistência à fadiga adequada para peças de grau aeroespacial, o TA15 é ideal para estruturas de fuselagem altamente carregadas.
Resistência Térmica e à Oxidação: A liga mantém a integridade estrutural até 500°C, resistindo à deformação e à oxidação durante serviço prolongado.
Boa Soldabilidade: O TA15 pode ser soldado usando métodos convencionais, com impacto mínimo nas propriedades mecânicas quando seguido de tratamento térmico pós-solda adequado.
Excelente Vida em Fadiga: A microestrutura quase-alfa suporta longos períodos de serviço em aplicações dinâmicas, como rotores de helicópteros e suportes de motor de aeronaves.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio TA15
Desafios de Usinagem
Baixa Condutividade Térmica: Assim como outras ligas de titânio, o TA15 acumula calor na interface ferramenta–cavaco, aumentando o desgaste da ferramenta e a distorção térmica.
Endurecimento por Deformação e Recuperação Elástica: Esta liga encrua rapidamente, endurece e apresenta retorno elástico devido ao seu módulo de elasticidade de 115 GPa, afetando o acabamento de precisão.
Aderência na Ferramenta: O TA15 tende a aderir às ferramentas de corte sob refrigeração insuficiente ou geometria inadequada da ferramenta, levando à gripagem e danos superficiais.
Entalhe no Gume e Controle de Cavacos: A formação de cavacos contínuos e o desgaste em entalhe exigem geometria de corte otimizada e estratégia de refrigeração.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino ou pastilhas revestidas por PVD | Resistência ao desgaste e estabilidade térmica |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (≥4 µm) | Evita gripagem e melhora a vida útil da ferramenta |
Geometria | Saída positiva, aresta arredondada | Reduz calor e força de corte |
Velocidade de Corte | 20–50 m/min | Controla a carga térmica |
Avanço | 0.10–0.25 mm/volta | Mantém a espessura do cavaco |
Refrigerante | Refrigerante em emulsão, ≥100 bar | Melhora o resfriamento e a evacuação de cavacos |
Parâmetros de Corte do Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) (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 TA15
Prensagem Isostática a Quente (HIP) melhora a integridade estrutural e a resistência à fadiga, especialmente em componentes de fuselagem ou turbinas.
Tratamento Térmico normalmente inclui envelhecimento entre 500–600°C para otimizar a distribuição de fases e a resistência à fluência.
Soldagem de Superligas é eficaz com metal de adição compatível com beta e alívio de tensões pós-solda para evitar a formação de “alpha case”.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) protege peças de TA15 expostas ao calor ou a ambientes oxidantes, especialmente em sistemas de exaustão.
Usinagem CNC suporta a fabricação de componentes estruturais com tolerâncias tão apertadas quanto ±0,01 mm.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) permite a criação de microcaracterísticas em TA15 endurecido sem empenamento térmico.
Furação Profunda é ideal para furos de precisão e canais de refrigeração, atingindo Ra ≤ 1,6 µm e L/D > 30:1.
Ensaios de Materiais incluem ensaios mecânicos, metalográficos, de fluência e não destrutivos para QA em aeroespacial e defesa.
Ensaios e Análise de Materiais
Componentes da liga TA15 são validados por ensaios de tração e fluência, análise de fadiga, avaliação da microestrutura de fases (SEM/XRD) e END por ultrassom ou correntes parasitas, com base em normas AMS ou GB.
Aplicações Industriais do Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Aeroespacial: Ideal para peças estruturais de fuselagem, pylons de motor e vigas de suporte que exigem alta resistência à fadiga.
Defesa: Usado em componentes de mísseis, sistemas de rotor e sistemas aeroespaciais blindados.
Geração de Energia: Aplicado em discos de turbina, dutos e carcaças de contenção de pressão sob estresse térmico.
Equipamentos Industriais: Suporta equipamentos dinâmicos expostos a estresse cíclico e oxidação, como carcaças de trocadores de calor.
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