Você já deve ter ouvido falar que a metalurgia do pó (MP) é amplamente aplicada na indústria mecânica.
Mas você sabe sobre aplicações de metalurgia do pó na indústria aeroespacial?
A PM pode fabricar materiais de alto desempenho e produzir em massa peças complexas com formato quase final. É exatamente disso que as aplicações aeroespaciais precisam.
Conteúdo
Materiais de metalurgia do pó na indústria aeroespacial
Superligas (ligas de alto desempenho)
Você conhece superligas? Superligas são materiais de liga com pontos de fusão relativamente altos, geralmente à base de cobalto ou níquel. De acordo com um estudo da Universidade de Cambridge, as superligas podem operar em temperaturas em torno de 0.7 vezes o seu ponto de fusão. Isso as torna amplamente utilizadas em aplicações de aviação, aeroespacial e médicas.
Superligas à base de níquel
As superligas à base de níquel são um dos materiais mais importantes em motores aeronáuticos pelos seguintes motivos:
- Força de alta temperatura
- Excelente resistência à corrosão
- Bom desempenho de fadiga
É utilizado principalmente na fabricação de discos de turbina, pás de turbina, etc. Por meio da tecnologia de metalurgia do pó, é possível melhorar a pureza e a uniformidade das ligas à base de níquel. Além disso, é possível reduzir o teor de oxigênio e impurezas, além de aumentar a resistência e a tenacidade das peças sinterizadas.
Os métodos comuns de produção para pós de liga de alto desempenho à base de níquel são:
- Atomização de gás (GA)
- Atomização de gás de fusão por indução de eletrodo (EIGA)
- Processo de eletrodo rotativo de plasma (PREP)
Por exemplo, o Inconel 625 é ideal para sistemas de tubulação de aeronaves e sistemas de reversão de empuxo de motores. O INCONEL 718 é usado em componentes de foguetes de combustível líquido e peças de motores de aeronaves devido à sua facilidade de fabricação, preço acessível e boas propriedades.
Superliga à base de cobalto
A superliga à base de cobalto é outro material comumente utilizado na indústria aeroespacial. Ela desempenha um papel importante na fabricação de motores de turbina, turbinas a gás e outros componentes.
Em comparação com as superligas à base de níquel, as superligas à base de cobalto apresentam uma temperatura de fusão mais alta, a maioria acima de 1300 °C. Além disso, apresentam maior resistência à corrosão em altas temperaturas e maior durabilidade. Isso as torna utilizadas nas palhetas-guia de motores de aeronaves para evitar falhas em altas temperaturas.
A tabela abaixo mostra a aplicação de outras superligas de metalurgia do pó em motores aeronáuticos.
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Modelo de materiais |
Modelo do motor |
Nome parte |
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EM 100 |
F100-PW-100 |
Anel de proteção do compressor Disco de turbina Anel de proteção da turbina Integral |
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F119-PW-100 |
Rotor com lâminas (IBR) para estágios 6 a 9 |
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Rene95 |
F101-GE-100 |
Eixo do compressor alto-baixo |
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F101-GE-100 |
Disco de turbina de alta pressão |
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F404-GE-400 |
Compressor de alta pressão Turbina de alta-baixa pressão |
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T700-GE-700 |
Disco de turbina |
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Rene88DT |
F101-GE-129 |
Turbina de disco compressor |
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CF6-80E |
Disco de turbina de alta pressão |
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CFM56-5C2 |
Turbina de alta pressão |
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GE90 |
Disco compressor de 9º estágio |
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U720 |
T800 T406 |
Compressor de 10º estágio |
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ME3 |
GP720 |
Disco de turbina |
Ligas de titânio
Titânio e ligas de titânio, como Ti-6Al-4V, são amplamente utilizados
em aplicações aeroespaciais devido às seguintes propriedades:
- Excelente relação resistência-peso
- Resistência à corrosão
- Capacidade de alta temperatura
Ligas de titânio são ótimas para a fabricação de discos de compressores, pás e instrumentos de navegação em ventiladores e compressores de motores de aeronaves. O titânio pode reduzir significativamente o peso do motor, substituindo o aço, melhorando assim a relação empuxo-peso do motor.
Composto de Matriz Metálica (MMC)
MMC é um material composto de metal e cerâmica.
O MMC de Al/SiC tem resistência específica e rigidez superiores quando comparado a metais tradicionais como aço ou titânio.
Possui melhor estabilidade térmica, o que é importante para aplicações de alta temperatura em pás de turbinas de aeronaves. Além disso, o MMC possui maior resistência à fadiga, reduzindo a possibilidade de falhas em motores de aeronaves sob condições de carga cíclica.
Cerâmica
Materiais cerâmicos podem ser usados como materiais de pulverização térmica para fornecer proteção térmica para peças de aviação
Aplicações da Metalurgia do Pó em Peças Aeroespaciais
Lâminas de turbina
Lâminas de turbina feitas de Al-SiC A MMC reduz o consumo de combustível das aeronaves reduzindo o peso. Isso economiza custos e traz benefícios ambientais.
Além disso, devido à sua excelente resistência à fadiga, ele aumenta a vida útil dos motores de aeronaves e reduz o tempo de inatividade para manutenção.
Peças do motor
Câmara de combustão
As câmaras de combustão geralmente adotam peças de PM devido à sua resistência a altas temperaturas e capacidade de suportar ciclos térmicos.
bicos de combustível
Fabricação aditiva de metalurgia do pó (Impressão 3D) pode fornecer bicos de combustível complexos
De acordo com a GE Aerospace, eles usaram manufatura aditiva para reduzir o número de peças nos bicos de combustível e diminuir o peso em 25%.
Pastilhas de freio de aeronaves
O núcleo do dispositivo de freio da roda da aeronave é a pastilha de freio, porque durante o processo de pouso, a carga na pastilha de freio é muito grande e a temperatura instantânea da superfície também é muito alta.
Pastilhas de freio de metalurgia do pó, feitas de pó de ferro ou cobre como componente principal e pós não metálicos para atrito e antiaderência, podem atender aos requisitos acima. Atualmente, a maioria das aeronaves militares e civis utiliza pastilhas de freio de metalurgia do pó.
Outras peças de metalurgia do pó para motores de aeronaves
- Disco compressor (150 ~ 950 mm)
- Compressor de turbina de parede fina
- Eixo do cilindro
- Lâminas de pulverização quente
- Braço de ajuste de lâmina moldado por injeção para motor T-406
- Carcaça da turbina;
- Palheta guia do helicóptero IN718
- Lâmina de turbina moldada por injeção
Revestimentos de pulverização térmica para aplicações aeroespaciais
Além de garantir que as peças atendam a requisitos específicos, a proteção do revestimento do motor aeroespacial é essencial. Esses revestimentos prolongam efetivamente a vida útil das principais peças do motor.
Os pós de pulverização térmica são comumente usados em revestimentos de barreira térmica, revestimentos de vedação e revestimentos resistentes ao desgaste para motores aeroespaciais.
Os pós de pulverização térmica comuns incluem:
- Pó cerâmico de óxido (Al2O3, ZrO2, Cr2O3, TiO2)
- Pó de liga (Al-Ni, Ni-Cr, Ti-Ni, Ni-Cr-Al)
- Pó cerâmico metálico (WC-Co, Cr3C2-NiCr)
- Pó de metal puro (Mo, Al, Cu, Ni, Ti, Ta)
O tamanho das partículas do pó de pulverização térmica é de cerca de 15 a 150 μm.
Possui as seguintes características:
- Distribuição estreita do tamanho das partículas
- Alta esfericidade
- Boa fluidez
- Baixo teor de gás e impurezas
Os fabricantes podem fabricar esses pós puros e de alta precisão por meio da tecnologia de atomização por metalurgia do pó
Benefícios das peças de metalurgia do pó na indústria aeroespacial
Componentes leves
A PM pode produzir componentes leves usando materiais como alumínio, titânio e MMC de Al-SiC. Isso pode reduzir o consumo de combustível da aeronave.
No campo aeroespacial da China, o uso de lâminas de turbina de baixa pressão de titânio e alumínio pode reduzir o peso de motores de aeronaves pesando cerca de 3,000 quilos em 30 a 50 quilos, reduzindo bastante o consumo de combustível.
Geometrias Complexas
Técnicas de PM, como moldagem por injeção de pó (PIM) e prensagem isostática a quente (HIP) pode criar formas e geometrias complexas que são difíceis ou impossíveis de obter com métodos de usinagem tradicionais.
Alta resistência e durabilidade
Processo de metalurgia do pó permite a produção de materiais com propriedades personalizadas, como altas relações resistência-peso e excelente resistência à fadiga.
Produção econômica
Redução de desperdício de material, menor consumo de energia e menos etapas de usinagem.
Resistência ao calor
A tecnologia de metalurgia do pó pode produzir materiais específicos resistentes a altas temperaturas, particularmente a liga de alto desempenho à base de níquel de terceira geração — FGH98.