As condições de operação no interior dum motor de turbina de gás variam consideravelmente e condicionam a utilização de diferentes materiais consoante a resistência e a tolerância destes às tensões, temperatura e agressividade do ambiente de operação.

Gama de temperaturas

Tipo de Liga

Características

Aplicação

< 260 ºC

Alumínio

• Baixa densidade

• Boa relação resistência/peso

• Sob a forma de produtos forjados e fundidos

• Rodas de compressores centrífugos (impellers)

• Carters de compressor

• Secções de entrada de ar

• Acessórios

• Invólucros de acessórios

< 538 ºC

Titânio

• Elevada resistência mecânica

• Baixa densidade

• Boa combinação com outros elementos (V, Al, Cr, Sn, Zr, Mo)

• Óptima combinação com o Al que permite uma elevada resistência

• Rodas de compressores centrífugos (impellers)

• Rodas de compressores axiais

• Pás de compressores axiais (blades)

< 677 ºC

Ferro

• Aços de baixa liga

• Aços-liga de elevado teor em Cr ou Ni

• Baixo custo de produção

• Facilidade de manuseamento

• Boas características mecânicas

• Capacidade de através de tratamento térmico os aços de baixa liga garantirem boas propriedades até 538 ºC

• São cada vez menos utilizados por preferência por ligas de Ti e Al

• Grande utilização em componentes rotativos e estáticos

• Pás de compressores axiais (blades)

• Vanes

• Rodas

• Espaçadores

• Membros estruturais

< 982 ºC

Níquel

• As melhores ligas para suportarem elevadas temperaturas

• A utilização de Fe é diminuta ou inexistente

• Elevada resistência à fluência, ao escoamento e à rotura

• Boa ductilidade

• Rodas de turbina

• Veios

• Espaçadores de turbina

• Componentes da turbina

> 982 ºC

Cobalto

• Elevada resistência mecânica

• Elevada resistência a altas temperaturas

• Elevada resistência à corrosão

• A utilização de Fe é diminuta ou inexistente

• Vanes e pás (blades) de turbina

• Elementos de tubeiras de pós-combustão

Objectivo

Componentes mais severamente atingidos

Causa

Comentários

Resistência mecânica

• Rodas de turbina

• Pás de turbina (blades)

• Força centrífuga devida à velocidade de rotação (varia na razão do quadrado da velocidade)

• Força de flexão criada pelo escoamento dos gases

• Variação da temperatura desde a zona central (inferior) até a periferia (superior) na ordem de centenas de graus

• A força centrífuga gerada por uma roda a 20,000 rpm é 4 vezes superior à de uma que rode a 10,000 rpm

• Uma pá de turbina (blade) pesando cerca de 6.2 g pode exercer uma força de 1.8 ton sobre a roda a que está fixada.

• Alguns materiais que apresentam boas propriedades mecânicas à temperatura ambiente tornam-se menos resistentes a altas temperaturas (ver nota)

Resistência à corrosão (oxidação, sulfidação, etc.)

• Todos

• Reacções eléctricas com outros materiais

• Reacções químicas com outros materiais

• Velocidade do escoamento dos gases

• Para além das propriedades dos materiais-base, são usados revestimentos com o objectivo de isolar a superfície do gases quentes e poluídos

• Os revestimentos devem possuir resistência mecânica e coeficiente de dilatação semelhantes aos materiais-base.

Resistência à temperatura

• Componentes da turbina, especialmente as rodas

• Variações rápidas de temperatura

• Atenuação destes efeitos através de melhores técnicas de doseamento de combustível, controlo de arranque e configuração do motor

Outros factores de selecção dos materiais compreendem: a temperatura crítica, a resistência à rotura, a condutividade térmica, o coeficiente de dilatação, o manuseamento, a capacidade de ser trabalhável e o custo de produção.

LIGAS DE FERRO

Designação

C

Cr

Ni

Co

Mo

Ti

Nb

Outros

Chromoloy

0.20

1

-

-

1

-

-

0.1 V

Lapelloy

0.30

12

-

-

3

-

-

0.3 V

17-7PH

0.07

17

7

-

-

-

-

1 Al

321 SS

0.05

18

10

-

-

0.4

-

-

A286

0.05

15

26

-

1

2

-

Incoloy T

0.08

20

32

-

-

1

-

-

Timken 16-25-6

0.10

16

25

-

6

-

-

1.35 Mn; 0.7 Si; 0.15 N

N-155

0.30

20

20

20

3

-

1

2 W

15-7Mo

0.09

15

7

-

2.5

-

-

1.0 Al

19-9DL

0.32

18.5

9

-

1.4

0.25

-

1.35 W

B5 F5

0.45

0.95

-

-

0.55

-

-

0.30 V

M308

0.08

13.75

32.5

-

4.1

2.0

-

6.5 W

V57

0.06

15

25.5

-

1.25

3.0

-

0.25 Al

D-979

0.05

15.0

45.0

-

4.0

3.0

-

0.5 Mn; 0.5 Si; 4.0 W; 1.0 Al; 0.01 B

LIGAS DE NÍQUEL

Designação

C

Cr

Fe

Co

Mo

Ti

Al

Outros

Inconel

0.05

14

7

-

-

-

-

-

Inconel W

0.05

14

7

-

-

2.5

0.6

-

Inconel X

0.05

15

7

-

-

2.5

0.7

1 Nb

Inconel 702

0.02

16

-

-

-

0.5

3.7

-

Inco (Cast)

0.2

12

5

-

4.5

0.75

6.0

2 Si + Mn

2 Nb + Ta

Hastelloy A

0.1

-

22.0

-

22.0

-

-

-

Hastelloy B

0.10

1

5

-

28

-

-

0.4 V

Hastelloy C

0.08

15.5

5.5

2.5

16.0

-

-

3.75 W

Hastelloy R-235

0.15

16

10

-

6

3

2

-

Hastelloy W

0.12

5.0

5.5

-

25.0

-

-

0.6 V

Hastelloy X

0.15

22

23

-

9

-

-

-

Nichrome

0.25

18.0

1.0

-

-

-

-

-

Rex 400

0.09

19.2

2.0

-

-

2.1

0.6

-

K 42 B

0.06

18.0

13.0

22.0

-

2.6

0.6

-

M-252

0.10

19

2

10

10

2.5

0.8

0.005 B

Udimet 500

0.15

17.5

4 máx.

16

4

3

3

1.5 Si + Mn

Udimet 700

0.1

15.0

4.0

19.0

5.0

3.5

4.5

0.03 B

Astroloy

0.055

15.0

0.20

15.0

5.0

3.5

4.4

-

Cosmoloy F

0.04

15.0

0.20

-

3.75

3.45

4.75

2.75 W

René 41

0.12

19.0

5.0

11.0

9.75

3.15

1.5

-

U 700

0.10

15.0

4.0

18.5

5.0

3.25

4.25

-

Nimonic 75

0.12

20.0

5.0

-

-

0.4

-

1.0 Mn; 1.0 Si

Nimonic 80

0.1

20.0

5.0

2.0

-

2.25

1.25

1.0 Mn; 1.0 Si

Nimonic 90

0.1

20.0

5.0

18.0

-

2.50

1.50

1.0 Mn; 1.0 Si

GMR 235 D

0.15

15.5

4.3

-

5.3

2.50

3.7

-

Multi-alloy

0.25

20.5

19.0

3.3

2.7

1.2

-

-

Refractalloy 26

0.03

18.0

19.0

20.0

3.0

3.0

0.25

-

Unitemp

0.24

16.0

9.5

7.0

1.5

3.0

2.0

0.05 Mn; 0.1 Si; 8.0 W

Waspalloy

0.10

19.5

2.00

13.5

4.25

3.0

1.25

-l

LIGAS DE COBALTO

Designação

C

Cr

Ni

Fe

Mo

W

Nb

Outros

HS 21

0.25

27

3

1

5

-

-

-

HS 25 (L-605); N-155

0.12

20

10

1

-

15

-

-

HS 31 (X-40)

0.40

25

10

1

-

8

-

-

HE-1049

0.40

26

10

2

-

15

-

0.4 B

S-816

0.40

20

20

3

4

4

4

-

S-590

0.4

20.0

20.0

25.0

4.0

4.0

4.0

1.2 Mn; 0.4 Si

ML-1700

0.2

25.0

-

-

-

15.0

-

0.4 B

WF-11

0.15

20.0

10.0

2.0

-

15.0

-

1.5 Mn; 0.5 Si

V-36

0.30

25

20

3

4

3

2

-

LIGAS DE ALUMÍNIO

Designação

Cu

Si

Mg

Mn

355

1.5

5

0.5

-

14 S

4.5

1

1

1

LIGAS DE MAGNÉSIO

Designação

Al

Zr

Zn

Th

Dow C

9

-

2

-

HK 31

-

-

0.7

3

HZ 32

-

0.75

2.1

3.25

LIGAS DE TITÂNIO

Designação

Al

Mn

Fe

Cr

Mo

V

Outros

C 130 AM

4

4

-

-

-

-

*

Ti 140A

-

-

2

2

2

-

*

C 110 M

-

8

-

-

-

-

*

6 Al-4 V

6

-

-

-

-

4

*

7Al-4Mo-Ti

7

-

-

-

4

-

*

A 110 AT

4.0 - 6.0

-

-

-

-

-

2.0 - 4.5 Sn

*

Elementos de liga mais utilizados nos materiais de construção de motores aeronáuticos

Alumínio - Al

Cobalto - Co

Ferro - Fe

Níquel - Ni

Tório - Th

Zircórnio - Zr

Azoto - N

Cobre - Cu

Manganês - Mn

Silício - Si

Tungsténio - W

Fósforo - P

Boro - B

Crómio - Cr

Molibdénio - Mo

Tântalo - Ta

Vanádio - V

Enxofre- S

Carbono - C

Estanho - Sn

Nióbio - Nb

Titânio - Ti

Zinco - Zn

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