Ti-7Al
Introdução ao Ti-7Al
Ti-7Al, também conhecido como Titânio-7Alumínio, é uma liga de titânio quase-alfa desenvolvida para aplicações estruturais em alta temperatura que exigem estabilidade de longo prazo, excelente resistência à fluência e maior resistência à oxidação. O alto teor de alumínio promove estabilidade de fase e retenção de resistência em temperaturas elevadas, tornando-a ideal para ambientes aeroespaciais, marítimos e de geração de energia.
O Ti-7Al é normalmente processado na condição recozida ou tratada em solução, permitindo sua fabricação em peças de titânio usinadas em CNC com alta precisão. Essas peças são produzidas com elevada exatidão e consistência por meio de serviços de usinagem CNC, especialmente para componentes de compressores de aeronaves, peças do “hot section” do motor e aplicações em ambientes oxidantes.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-7Al
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (%, em peso) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balance | Matriz base com resistência à corrosão e à oxidação |
Alumínio (Al) | 6.5–7.5 | Estabilizador alfa que aumenta a resistência em alta temperatura |
Oxigênio (O) | ≤0.15 | Reforça a liga; deve ser controlado para manter a ductilidade |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual |
Hidrogênio (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar fragilização |
Nitrogênio (N) | ≤0.03 | Residual minoritário |
Ferro (Fe) | ≤0.25 | Elemento residual |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4.48 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 | 1.65 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8.4 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 560 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 116 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Recozida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 830–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0,2%) | 780–850 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥12% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 270–300 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente até 500°C | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-7Al
Resistência em Alta Temperatura: Mantém excelente integridade mecânica acima de 450°C, adequado para motores e estruturas aeroespaciais de alto desempenho.
Resistência Excepcional à Oxidação: O alto teor de Al ajuda a formar um filme de nanopartículas TiO₂–Al₂O₃ estável, proporcionando resistência ao descascamento por oxidação (scaling) em alta temperatura.
Excelente Desempenho à Fluência: O Ti-7Al oferece estabilidade dimensional e mecânica de longo prazo sob cargas contínuas em temperaturas elevadas.
Boa Soldabilidade: Pode ser soldado por fusão com proteção adequada por gás inerte e tratamento térmico pós-soldagem.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Ti-7Al
Desafios de Usinagem
Encruamento: A liga tende a endurecer durante a usinagem, tornando passes sucessivos mais desafiadores sem avanços adequados.
Baixa Condutividade Térmica: O acúmulo de calor próximo à zona de corte aumenta o risco de danos térmicos e reduz a vida útil da ferramenta.
Recuperação Elástica: O retorno elástico devido ao módulo moderado afeta tolerâncias dimensionais nas operações de acabamento.
Dureza da Superfície Oxidada: Superfícies pós-tratamento térmico ou oxidadas são abrasivas e podem aumentar o desgaste da ferramenta.
Estratégias de Usinagem Otimizadas
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino ou CBN | Oferece alta resistência ao desgaste térmico e abrasivo |
Revestimento | AlTiN ou TiCN | Melhora a resistência ao calor e reduz o atrito da ferramenta |
Geometria | Ângulo de saída positivo, aresta honed | Reduz a força de corte e mitiga a adesão de cavacos |
Velocidade de Corte | 20–45 m/min | Controla os efeitos térmicos e a qualidade superficial |
Avanço | 0.10–0.20 mm/rev | Garante remoção eficiente de cavacos e bom acabamento |
Fluido de Corte | Emulsão de alta pressão ≥100 bar | Essencial para controle de calor e cavacos |
Parâmetros de Corte do Ti-7Al (Conformidade ISO 3685)
Operação | Velocidade (m/min) | Avanço (mm/rev) | Profundidade de Corte (mm) | Pressão do Fluido (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (através da ferramenta) |
Acabamento | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamentos de Superfície para Peças de Titânio Ti-7Al
Prensagem Isostática a Quente (HIP) melhora a resistência à fadiga e densifica as microestruturas, sendo crítica para componentes de turbinas aeroespaciais.
Tratamento Térmico envolve tratamentos de recozimento ou envelhecimento a 700–850°C para melhorar o desempenho à fluência e o relaxamento de tensões.
Soldagem de Superligas permite juntas soldadas de alta resistência sob proteção inerte, seguidas de tratamento térmico para consistência mecânica.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) aumenta a resistência térmica para carcaças de motores e ambientes oxidantes.
Usinagem CNC garante produção com tolerâncias apertadas para aplicações aeroespaciais e de defesa de alta precisão.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) permite geometrias ultraprecisas em seções difíceis de usinar.
Furação Profunda possibilita a criação de canais longos com L/D >30:1 e acabamento superficial ≤1,6 µm.
Ensaios de Materiais incluem validação de fluência e tração, exame microestrutural e inspeção ultrassônica de descontinuidades.
Ensaios e Análise de Materiais
Os componentes de Ti-7Al são verificados por meio de ensaios de ruptura por fluência, avaliações das propriedades de tração, DRX (XRD) para identificação de fases, imagens em MEV (SEM) e ensaios ultrassônicos, de acordo com padrões de qualidade aeroespaciais.
Aplicações Industriais do Ti-7Al
Aeroespacial: Estatores de motores, anéis de compressores e fixadores da seção quente que exigem resistência à oxidação e à fluência.
Geração de Energia: Pás de turbinas a vapor e fixações estruturais sob cargas térmicas contínuas.
Equipamentos Industriais: Componentes para ferramental de alta temperatura, reatores térmicos e eixos rotativos.
Defesa: Suportes (brackets) de defesa aeroespacial e estruturas de propulsão expostas a altas temperaturas flutuantes.
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