Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grade 4)
Introdução ao Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grau 4)
O Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo, também conhecido como titânio Grau 4 na família de ligas aeroespaciais, é uma liga de titânio quase-alfa projetada para excelente resistência em alta temperatura, estabilidade térmica e resistência à corrosão. Essa liga é amplamente utilizada em turbinas a gás, estruturas aeronáuticas e outras aplicações que exigem desempenho de longo prazo sob temperaturas elevadas.
Sua estabilidade mecânica confiável e resistência à oxidação fazem dele um material preferido para peças de titânio usinadas por CNC de alta especificação. Para aplicações que exigem tolerâncias apertadas e controle dimensional em ambientes extremos, os fabricantes dependem de serviços avançados de usinagem CNC para produzir componentes de precisão a partir do titânio Grau 4.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grau 4)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Elemento base com resistência à corrosão e ao calor |
Alumínio (Al) | 5,5–6,5 | Estabilizador alfa para resistência em alta temperatura |
Estanho (Sn) | 1,8–2,5 | Melhora a resistência à fluência |
Zircônio (Zr) | 3,6–4,5 | Aumenta a resistência à oxidação e a resistência mecânica |
Molibdênio (Mo) | 1,8–2,5 | Estabilizador beta que aumenta a temperabilidade |
Silício (Si) | ≤0,25 | Reforça a matriz e melhora a resistência à fluência |
Oxigênio (O) | ≤0,15 | Reforça, mas afeta a ductilidade |
Ferro (Fe) | ≤0,30 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0,015 | Controlado para evitar fragilização |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4,55 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1600–1660°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 6,8 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,62 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 | 108 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Recozida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 860–980 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 790–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 300–340 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grau 4)
Resistência em Temperatura Elevada: O Grau 4 mantém alta resistência e resistência à fluência até 500°C, tornando-o adequado para motores de turbina a gás, estruturas aeronáuticas e escudos térmicos.
Excelente Resistência à Oxidação: A adição de Zr e Sn favorece a formação de uma camada de óxido estável, garantindo durabilidade de longo prazo em ambientes de alta temperatura e ricos em oxigênio.
Resistência à Fadiga Térmica: O equilíbrio de elementos de liga fornece estabilidade sob ciclos de aquecimento e resfriamento, essencial para componentes aeroespaciais e de geração de energia.
Soldabilidade e Estabilidade Superiores: Apesar de ser uma liga quase-alfa, é facilmente soldável e mantém o equilíbrio de fases após ciclos térmicos, ideal para conjuntos de alta pressão.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Grau 4
Desafios de Usinagem
Alta Taxa de Endurecimento por Deformação: O Grau 4 tende a encruar durante o contato com a ferramenta, exigindo carga de cavaco otimizada e ferramentas afiadas para evitar distorção superficial.
Baixa Condutividade Térmica: Com apenas 6,8 W/m·K de condutividade, a liga retém calor na interface ferramenta–cavaco, reduzindo a vida útil da ferramenta e aumentando a chance de deformação térmica.
Desgaste de Ferramenta e Aderência: A formação agressiva de óxidos e zonas ricas em beta aceleram o desgaste e promovem a adesão do cavaco às ferramentas, prejudicando o acabamento superficial.
Recuperação Elástica: Com módulo de 108 GPa, a liga apresenta retorno elástico mensurável, especialmente em peças de parede fina e operações de acabamento.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino ou insertos cerâmicos | Alta resistência e resistência ao calor |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (3–5 µm) | Reduz BUE e aumenta a vida útil da ferramenta |
Geometria | Aresta afiada, alto ângulo de saída | Reduz a força de corte e a entrada térmica |
Velocidade de Corte | 25–60 m/min | Evita superaquecimento e endurecimento superficial |
Avanço | 0,10–0,25 mm/volta | Favorece a formação de cavacos e evita polimento |
Refrigerante | Refrigerante em emulsão, ≥100 bar | Fornece resfriamento eficaz e evacuação de cavacos |
Parâmetros de Corte do Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grau 4) (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 4
Prensagem Isostática a Quente (HIP) densifica microvazios internos e aumenta a vida em fadiga, especialmente para componentes críticos de voo.
Tratamento Térmico envolve envelhecimento a 600–675°C para melhorar a resistência à fluência e a estabilidade dimensional em componentes de turbina.
Soldagem de Superligas garante soldas por fusão com resistência total para conjuntos aeroespaciais e de propulsão, utilizando varetas de adição compatíveis.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) adiciona proteção contra oxidação e fadiga térmica para componentes em motores a jato e reatores de alta temperatura.
Usinagem CNC suporta tolerâncias de ±0,01 mm e é ideal para hardware de voo, flanges de alto desempenho e suportes.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) permite recursos precisos como orifícios e cavidades profundas em peças tratadas termicamente.
Furação Profunda oferece profundidades de furo com L/D > 30:1 e acabamento superficial Ra ≤ 1,6 µm em componentes estruturais e de refrigeração.
Ensaios de Materiais incluem tração, ruptura por fluência, microestrutura por SEM e END ultrassônico conforme padrões de QA aeroespacial.
Ensaios e Análise de Materiais
A validação do material para o Grau 4 inclui ensaios de tração em alta temperatura, avaliação de ruptura por fluência, microdureza, XRD e análise metalográfica, garantindo conformidade com normas aeroespaciais e nucleares.
Aplicações Industriais do Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo (Grau 4)
Aeroespacial: Carcaças de motor, componentes de pós-combustão e hardware de bocal operando acima de 400°C.
Geração de Energia: Pás de turbina a gás, dutos de exaustão e elementos de câmara de combustão de alta pressão.
Sistemas de Defesa: Conectores estruturais aeroespaciais e revestimentos de sistemas de propulsão que exigem resistência a temperatura.
Equipamentos Industriais: Trocadores de calor e vedações de alta pressão em ambientes corrosivos e com ciclos térmicos.
Fixadores Aeroespaciais: Parafusos e sistemas de flange para regiões com fadiga de alto ciclo e carga térmica elevada.
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