Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Introdução ao Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grau 7)
O Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, comumente conhecido como titânio Grau 7, é uma liga alfa-beta de alta resistência projetada especificamente para serviço em alta temperatura. Com excelente resistência à fluência, boa soldabilidade e forte resistência à corrosão, essa liga é amplamente utilizada em componentes de turbinas aeroespaciais e sistemas avançados de propulsão.
Sua estabilidade estrutural e desempenho em ambientes oxidantes tornam o Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo ideal para peças de titânio usinadas por CNC de precisão. Os fabricantes dependem de serviços de usinagem CNC de alta precisão para atender tolerâncias apertadas em peças críticas de missão submetidas a tensões cíclicas e calor extremo.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grau 7)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Fornece integridade estrutural e resistência à corrosão |
Alumínio (Al) | 5,5–6,5 | Estabilizador alfa, melhora a resistência em alta temperatura |
Estanho (Sn) | 1,8–2,5 | Aumenta a resistência à fluência e a estabilidade térmica |
Zircônio (Zr) | 3,6–4,5 | Aumenta a resistência à oxidação |
Molibdênio (Mo) | 5,5–6,5 | Estabilizador beta que melhora a temperabilidade e a resistência à fadiga |
Silício (Si) | ≤0,25 | Melhora as propriedades de fluência |
Oxigênio (O) | ≤0,15 | Intersticial de reforço |
Ferro (Fe) | ≤0,30 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0,015 | Controlado para evitar fragilização por hidrogênio |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4,65 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 6,4 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1,68 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 | 112 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Recozida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 895–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 825–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 320–360 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grau 7)
Resistência Excepcional à Fluência: Suporta exposição prolongada a temperaturas de até 500°C, tornando-o ideal para motores de turbina e estruturas de blindagem térmica.
Resistência à Fadiga em Alta Temperatura: Projetado para operar sob cargas térmicas e mecânicas cíclicas, o Grau 7 se destaca em ambientes de motores a jato e pós-combustão.
Resistência à Corrosão e à Oxidação: As adições de Sn e Zr promovem a formação de uma camada de óxido densa, oferecendo forte resistência à formação de carepa em atmosferas oxidantes.
Boa Soldabilidade: O Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo pode ser soldado com confiabilidade com tratamento térmico pós-solda para manter a resistência e a estrutura, apesar do alto teor de liga.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Grau 7
Desafios de Usinagem
Alta Resistência e Baixa Condutividade: Resistências próximas de 1000 MPa e condutividade térmica de 6,4 W/m·K exigem gerenciamento térmico cuidadoso durante o corte.
Endurecimento por Deformação Agressivo: Esta liga encrua rapidamente se a carga de cavaco for inadequada, o que pode levar a danos na ferramenta e imprecisões dimensionais.
Aderência na Ferramenta e Desgaste do Gume: A liga adere às ferramentas de corte e causa desgaste abrasivo, especialmente em insertos sem revestimento.
Retorno Elástico e Recuperação: O alto módulo (112 GPa) resulta em deflexão elástica, dificultando o controle de forma em passes de acabamento.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro submicrométrico ou insertos de CBN | Ideais para ligas tenazes e alta resistência ao calor |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN (PVD de 3–5 µm) | Melhora a proteção térmica e minimiza a gripagem (galling) |
Geometria | Saída positiva, aresta de corte brunida | Reduz a força de corte e a adesão do cavaco |
Velocidade de Corte | 20–50 m/min | Reduz o calor e o desgaste da ferramenta |
Avanço | 0,08–0,20 mm/volta | Mantém a espessura do cavaco |
Refrigerante | Emulsão de alta pressão ≥100 bar | Melhora o resfriamento e a evacuação de cavacos |
Parâmetros de Corte do Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grau 7) (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 7
Prensagem Isostática a Quente (HIP) elimina vazios internos e melhora a resistência mecânica e a vida em fadiga em componentes estruturais de turbina.
Tratamento Térmico melhora a resistência à fluência e a estabilidade de fases por meio de envelhecimento a 550–650°C por 2–8 horas.
Soldagem de Superligas permite juntas seguras em sistemas pressurizados e conjuntos aeroespaciais usando consumíveis compatíveis Ti-6-2-4-6.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) protege peças Grau 7 contra oxidação térmica e exposição a chamas em motores e reatores.
Usinagem CNC permite fabricação com alta tolerância de anéis de turbina, dutos e componentes da seção quente, com precisão de até ±0,01 mm.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) garante precisão em recursos complexos e peças de paredes finas sem induzir zonas afetadas pelo calor.
Furação Profunda atinge altas relações L/D para canais de refrigeração, com retidão do furo <0,3 mm/m e Ra ≤ 1,6 µm.
Ensaios de Materiais incluem SEM, ensaios de fluência, END ultrassônico e avaliações de estabilidade de fases para atender às especificações dos setores aeroespacial e de energia.
Ensaios e Análise de Materiais
A validação inclui ensaios mecânicos em temperaturas elevadas, análise de ruptura por fluência, XRD para avaliação de fases e inspeção ultrassônica completa ou por correntes parasitas conforme padrões aeroespaciais.
Aplicações Industriais do Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grau 7)
Aeroespacial: Usado em anéis de turbina, revestimentos de pós-combustão e carcaças de motores a jato expostos a extremos térmicos.
Geração de Energia: Ideal para tubulações de alta temperatura, pás e componentes de sistemas de combustível.
Defesa: Componentes como coifas de exaustão, peças de mísseis e fixadores estruturais para resistência ao calor e alta resistência.
Equipamentos Industriais: Aplicado em ambientes corrosivos e de ciclos térmicos, como fornos, trocadores de calor e vasos de pressão.
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