Ti-8Al-1Mo-1V (Grade 20)
Introdução ao Ti-8Al-1Mo-1V (Grau 20)
Ti-8Al-1Mo-1V, ou Grau 20, é uma liga de titânio near-alpha projetada para aplicações que exigem alta estabilidade térmica, resistência em altas temperaturas e excelente resistência à oxidação. Seu alto teor de alumínio proporciona maior rigidez e baixa densidade, tornando-a ideal para componentes estruturais aeroespaciais, industriais e de alta temperatura.
O Grau 20 é altamente adequado para peças de titânio usinadas por CNC de precisão que demandam estabilidade em ambientes térmicos e oxidantes. Essas peças normalmente são produzidas com serviços de usinagem CNC de alta precisão, atendendo aos rigorosos requisitos de qualidade e tolerância de aplicações em aeroespacial, turbinas e processamento químico.
Propriedades Químicas, Físicas e Mecânicas do Ti-8Al-1Mo-1V (Grau 20)
Composição Química (Típica)
Elemento | Faixa de Composição (peso %) | Função Principal |
|---|---|---|
Titânio (Ti) | Balanceamento | Fornece resistência base e resistência à corrosão |
Alumínio (Al) | 7.5–8.5 | Estabilizador alfa que aumenta resistência e rigidez |
Molibdênio (Mo) | 0.7–1.3 | Estabilizador beta, melhora resistência à fluência e à oxidação |
Vanádio (V) | 0.7–1.3 | Melhora resistência e estabilidade térmica |
Oxigênio (O) | ≤0.15 | Aumenta a resistência; deve ser controlado para manter ductilidade |
Hidrogênio (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar fragilização |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual, influencia a dureza |
Ferro (Fe) | ≤0.30 | Elemento residual |
Nitrogênio (N) | ≤0.03 | Controlado para evitar fragilização |
Propriedades Físicas
Propriedade | Valor (Típico) | Norma/Condição de Ensaio |
|---|---|---|
Densidade | 4.47 g/cm³ | ASTM B311 |
Faixa de Fusão | 1620–1670°C | ASTM E1268 |
Condutividade Térmica | 6.5 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividade Elétrica | 1.66 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansão Térmica | 8.8 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidade Calorífica Específica | 560 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo de Elasticidade | 120 GPa | ASTM E111 |
Propriedades Mecânicas (Condição Recozida)
Propriedade | Valor (Típico) | Norma de Ensaio |
|---|---|---|
Resistência à Tração | 850–950 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite de Escoamento (0.2%) | 800–880 MPa | ASTM E8/E8M |
Alongamento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 280–320 HB | ASTM E10 |
Resistência à Fluência | Excelente até 500°C | ASTM E139 |
Resistência à Fadiga | Alta | ASTM E466 |
Principais Características do Ti-8Al-1Mo-1V (Grau 20)
Resistência em Altas Temperaturas: Mantém excelentes propriedades mecânicas e resistência à fluência em temperaturas até 500°C, ideal para ambientes aeroespaciais e de turbinas.
Excelente Resistência à Oxidação: O alto teor de alumínio promove a formação de uma camada de óxido estável, minimizando a degradação do material em ar quente ou gases de exaustão.
Baixa Densidade e Alta Rigidez: Oferece uma excelente relação resistência/peso, especialmente importante para componentes de propulsão e aeroespaciais sensíveis a massa.
Boa Soldabilidade e Integridade Estrutural: Pode ser soldado com proteção por gás inerte; tratamentos pós-solda restauram o desempenho mecânico.
Desafios e Soluções de Usinagem CNC para Titânio Grau 20
Desafios de Usinagem
Acúmulo Térmico: O Grau 20 possui baixa condutividade térmica como a maioria das ligas de titânio, concentrando calor na zona de corte e aumentando o desgaste da ferramenta.
Alta Recuperação Elástica: Com módulo de elasticidade de 120 GPa, o retorno elástico após a usinagem pode afetar a geometria, especialmente em paredes finas.
Gripagem e Esfregaço: A adesão às superfícies da ferramenta durante a usinagem pode reduzir a qualidade do acabamento e exigir trocas frequentes de ferramenta.
Sensibilidade da Vida da Ferramenta: O maior teor de alumínio pode contribuir para desgaste por entalhe e formação de aresta postiça sob lubrificação inadequada.
Estratégias Otimizadas de Usinagem
Seleção de Ferramentas
Parâmetro | Recomendação | Justificativa |
|---|---|---|
Material da Ferramenta | Metal duro de grão fino, insertos revestidos com TiB2 | Alta resistência ao desgaste em altas temperaturas |
Revestimento | AlTiN ou TiSiN | Melhora resistência ao calor e abrasão |
Geometria | Saída afiada, aresta levemente brunida | Reduz tensões e forças de corte |
Velocidade de Corte | 20–50 m/min | Reduz geração de calor e erro dimensional |
Avanço | 0.10–0.25 mm/volta | Facilita controle de cavacos sem pressão excessiva |
Refrigerante | Emulsão de alta pressão ≥100 bar | Garante dissipação de calor adequada |
Parâmetros de Corte do Ti-8Al-1Mo-1V (Grau 20) (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 Grau 20
Prensagem Isostática a Quente (HIP) melhora a vida em fadiga e elimina porosidade interna, sendo especialmente benéfica para hardware aeroespacial.
Tratamento Térmico envolve ciclos de recozimento e alívio de tensões para melhorar a estabilidade dimensional e a resistência à fluência.
Soldagem de Superligas é realizada sob proteção por gás inerte, seguida de tratamento térmico para restaurar totalmente as propriedades mecânicas.
Revestimento de Barreira Térmica (TBC) fornece proteção contra oxidação e isolamento térmico superficial em componentes aeroespaciais e de turbinas.
Usinagem CNC entrega tolerâncias de ±0,01 mm em pás de turbina e suportes aeroespaciais críticos.
Usinagem por Descarga Elétrica (EDM) permite geometrias complexas e paredes finas sem distorção mecânica.
Furação Profunda suporta L/D >30:1 com Ra ≤1,6 µm, adequada para canais de refrigeração em peças aeroespaciais.
Ensaios de Materiais incluem ensaios de fluência, validação microestrutural e END por ultrassom conforme padrões AMS e GB.
Ensaios e Análise de Materiais
Componentes do Grau 20 são validados por ensaios de ruptura por fluência, avaliação de tração em alta temperatura, análise microestrutural por SEM/XRD e detecção de descontinuidades por ultrassom, atendendo às especificações das indústrias aeroespacial e de turbinas.
Aplicações Industriais do Ti-8Al-1Mo-1V (Grau 20)
Aeroespacial: Usado em componentes de motor, fixadores e peças de sistemas de controle expostas a altas temperaturas.
Geração de Energia: Ideal para pás de turbina, elementos de trocadores de calor e componentes de queimadores.
Equipamentos Industriais: Adequado para dispositivos de fixação em tratamento térmico, braços de suporte de alta resistência e escudos térmicos.
Defesa: Aplicado em estruturas de blindagem e peças de sistemas de propulsão onde a resistência à oxidação é crítica.
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