Produção de peças de motor à jato - Um desafio para a indústria aeroespacial

As exigências dos materiais utilizados nas peças de motores à jato são necessariamente precisas.  Elas devem sobreviver a condições extremas de temperatura e força, além de serem o mais leve possível e extremamente confiável.

O motor de um turbo-jato pode ser dividido simplesmente em três partes - o compressor, o combustor e a turbina. O compressor pressuriza o fluxo de ar antes que entre na câmara de combustão, onde o ar é misturado com o combustível, inflamado e queimando. Os componentes do compressor são predominantemente fabricados em ligas de titânio, enquanto que os componentes do combustor e da turbina normalmente são feitos de uma superliga à base de níquel, como a Inconel 718.

Ligas à base de Níquel

As excelentes propriedades físicas que caracterizam as ligas resistentes a altas temperaturas a base de níquel, as tornam ideais para o uso na fabricação dos componentes aeroespaciais.

Propriedades como alto limite elástico e resistência à tração final, alto limite de fadiga, resistência à corrosão e a oxidação inclusive em temperaturas elevadas permitem o uso de ligas resistentes a altas temperaturas a base de níquel em muitas aplicações e em uma ampla gama de temperaturas.

A indústria aeroespacial é responsável por cerca de 80% da utilização das ligas resistentes a altas temperaturas à base de níquel para a fabricação de peças rotativas das turbinas a gás, incluindo discos e lâminas, componentes da caixa como a carcaça da turbina, suportes do motor e componentes para bombas e motores de foguetes.

Ligas resistentes a altas temperaturas à base de níquel contém 35-75% Ni e 15-22% Cr; constituem cerca de 30% da necessidade total de material para a fabricação do motor de uma aeronave e também são usadas como material estrutural para vários componentes do motor principal dos ônibus espaciais.

As mesmas propriedades que fazem das ligas à base de níquel uma ótima escolha para a fabricação das peças do motor, também provocam muitas dificuldades na usinagem.

As forças de corte e a temperatura na zona de corte são extremamente altas devido às elevadas tensões de cisalhamento desenvolvidas e a baixa condutividade térmica. Essas forças combinadas com a reatividade das ligas resistentes a altas temperaturas à base de níquel com o material da ferramenta, leva ao desgaste e soldagem dos cavacos na superfície da peça trabalhada, provocando um desgaste excessivo da ferramenta, podendo limitar as velocidades de corte e reduzir a vida útil da ferramenta.

Todas essas características contribuem para as baixas taxas de remoção de material e reduz a vida útil da ferramenta, resultando em elevados custos de usinagem.

Ligas à base de Titânio

Devido à sua elevada resistência a esforço e excelente resistência à corrosão, as peças em liga de titânio são adequadas para os avançados sistemas aeroespaciais. As ligas à base de titânio que contém 86-99,5% Ti e 5-8% Al são imunes a quase todos os meios às quais serão expostas no ambiente aeroespacial.

Nos motores à jato, podemos encontrar uma variedade de peças fabricadas em titânio que são responsáveis por 25-30% do peso, principalmente no compressor. A alta eficiência destes motores é obtida com o uso das ligas de titânio em componentes como lâminas de ventiladores, lâminas de compressores, rotores, discos, hubs e outras peças além das do rotor - como, por exemplo, aletas de guia de entrada. As propriedades superiores do titânio e seu peso leve permitem que os engenheiros aeronáuticos desenvolvam aviões que voem mais rápido e mais alto, com alta resistência às extremas condições do ambiente. No entanto, historicamente o titânio vem sendo percebido como um material difícil de usinar, devido às suas propriedades mecânicas, químicas e físicas.

 relativa resistência à altas temperaturas e baixa condutividade térmica do material não permitem que o calor gerado dissipe da ferramenta de corte, o que causa desgaste e deformação da ferramenta excessivos. As ligas de titânio mantem sua força em altas temperaturas, resultando em uma deformação plástica relativamente alta da ferramenta de corte, resultando em entalhes profundos. Durante a usinagem a reatividade química elevada das ligas de titânio faz com que os cavacos solidifiquem na ferramenta de corte, provocando o fenômeno de aresta de corte postiça e problemas na quebra do cavaco.

Durante os últimos anos, a ISCAR tem investido muito em Pesquisa & Desenvolvimento para resolver estes obstáculos e otimizar a usinagem das ligas resistentes à altas temperaturas à base de titânio e níquel, com soluções que incluem a criação de classes exclusivas e a implementação de tecnologias de refrigeração de alta pressão para desenvolver ferramentas de corte que lidem bem com elevadas temperaturas de trabalho.

Classes

Para materiais com taxas de remoção altas, a ISCAR desenvolveu classes de cerâmica para facilitar a usinagem das ligas à base de níquel em velocidades de corte de 200-400m/min:

IW7 – Classe de cerâmica com fibras reforçada, fornece alta dureza com excelente resistência, usada para desbaste e semi acabamento de operação contínua em velocidades de corte de 8-10 vezes mais rápidas, se comparadas às grades de carboneto.

IS25 - Classe composta de SiAlON reforçado, excelente para usinagem de ligas resistentes à altas temperaturas à base de níquel em aplicações contínuas e leves interrompidas

IS35 - Classe composta de SiAlON reforçado, excelente para usinagem de ligas resistentes à altas temperaturas à base de níquel em aplicações pesadas e leves interrompidas

Uma série de classes de metal duro foi desenvolvida especialmente para criar ferramentas que usinam ligas à base de níquel e titânio:

IC806 - Substrato sub-micron duro combinado com um revestimento fino de TiAlN PVD. O procedimento único de cobertura de superfície envolve um tratamento especial de pós- cobertura criando uma camada de revestimento mais fina e suave, oferecendo a pastilha características mais adequadas para a usinagem de ligas à base níquel e titânio.

IC804 – O mesmo revestimento de TiAlN PVD em um substrato sub-micron mais duro, desenvolvido especialmente para a usinagem de ligas à base de níquel usada em novas peças de motor à jato com características de alta dureza (40-47 HRC).

IC20 - Classe de metal duro sem revestimento altamente recomendada para a usinagem de alumínio e titânio. A IC20 - oferece um alto desempenho e é frequentemente usada para aplicações de corte contínuo.

Ferramenta com refrigeração de alta pressão

Embora as características de refrigeração de alta pressão já existam há muito tempo no mundo de remoção de metal, hoje em dia as ferramentas com refrigeração de alta pressão tem um papel importante e crescente no processo de usinagem, facilitando a melhoria da

produtividade e o controle de cavaco, especialmente para materiais de difícil usinabilidade, como ligas à base de níquel e titânio. Introduzir e direcionar a refrigeração de alta pressão é a chave para poder expulsar o cavaco para longe do corte.

ISCAR é uma das primeiras produtoras de ferramentas de corte a responder às necessidades do mercado, ao desenvolver e fabricar ferramentas para aperfeiçoar o uso da refrigeração de alta pressão na redução das temperaturas e evacuação do cavaco, incluindo as ferramentas de refrigeração de alta pressão JETCUT.

Enquanto o setor de peças aeroespaciais OEM/PMA está sob constante pressão para manter a qualidade, os custos baixos e expectativa de vida das peças produzidas não podem ser comprometidas - e isso representa um enorme desafio para todos os envolvidos.  As ferramenta de corte avançadas da ISCAR permitem que os fabricantes de motor à jato usem os materiais ideais para a produção de peças de alta qualidade, com o mínimo de desperdício e máxima eficiência.

Iscar do Brasil

Perfil do autor

A Iscar, empresa multinacional israelense, está localizada na cidade de Vinhedo, em São Paulo. Atua no segmento de ferramentas de corte, comercializando os produtos fabricados pela matriz em Israel, na fábrica em Vinhedo e em outras unidades fabris em diversos países. Desde o início de suas atividades no Brasil, em 1995, a Iscar fornece e desenvolve soluções de usinagem para todo o território nacional nos mais diversos segmentos deste mercado. Os destaques ficam por conta das indústrias de autopeças, automobilística, ferramentaria, moldes e matrizes, mecânica geral, usinagem para terceiros, indústria de base, manutenção, implementos agrícolas, máquinas e equipamentos, bombas, válvulas, conexões e indústria hidráulica.