Barra redonda e lingote de titânio Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al, UNS R56410) — liga de forjamento de tipo quase beta que cumpre os requisitos químicos da norma AMS 4984, concebida para trens de aterragem aeroespaciais, peças forjadas críticas da estrutura da aeronave e aplicações estruturais de alta resistência que exigem temperabilidade em secções profundas.
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A barra redonda e o lingote de titânio Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al, UNS R56410) constituem uma liga de titânio quase beta, fornecida como matéria-prima para forjamento e como barra maquinada, em conformidade com os requisitos relativos à liga e à fundição das normas AMS 4983 e AMS 4984, com resistências à tração que variam entre 970 MPa no estado recozido e 1 193–1 260 MPa (173–183 ksi) no estado tratado por solução e envelhecido. A liga é o principal material utilizado no trem de aterragem principal do Boeing 777 e é amplamente especificada para peças forjadas críticas da estrutura da aeronave e componentes estruturais sujeitos a fadiga de alto ciclo, onde são necessárias uma endurecibilidade profunda superior e uma forjabilidade próxima da forma final.
| Parâmetro | Valor |
|---|---|
| Grau do material | Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) |
| Número UNS | R56410 |
| Especificações de forjamento | AMS 4983 / AMS 4984 / AMS 4986 / AMS 4987 |
| Formulários disponíveis | Barra redonda / tarugo (matéria-prima para forja); peças em bruto usinadas |
| Gama de diâmetros | 12,7–203 mm (0,5–8,0 pol.) |
| Comprimento | Até 6 000 mm (236 pol.), com possibilidade de corte à medida |
| Tolerância | h9–h11 (acabamento retificado); disponível em estado de laminagem |
| Condição da superfície | Torneado, retificado ou tal como saiu do laminador/descascado |
| QUANTIDADE MÁXIMA DE ENCOMENDA | 50 kg (tamanho personalizado) / artigos em stock disponíveis |
| Prazo de execução | 4 a 12 semanas (sujeito à disponibilidade de material) |
| Certificado de ensaio de fábrica | EN 10204 3.1 incluída em todas as encomendas |
O Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) é uma liga de titânio de fase quase beta e beta metaestável, contendo nominalmente 10 % em peso de vanádio, 2% em peso de ferro e 3% em peso de alumínio, com uma densidade de 4,65 g/cm³ e uma temperatura de transição beta de aproximadamente 800 °C (1 472 °F).
Originalmente desenvolvida pela TIMET (Titanium Metals Corporation) e comercializada como TIMETAL 10-2-3, a liga foi certificada para utilização aeroespacial no início da década de 1970 e tornou-se a principal liga estrutural do trem de aterragem principal do Boeing 777 — uma aplicação que exige o endurecimento em toda a secção transversal de secções transversais de grandes dimensões, algo que as ligas alfa-beta convencionais, como a Ti-6Al-4V, não conseguem alcançar. A substituição do aço 4340M por peças forjadas de Ti-1023 no trem de aterragem principal do 777 reduziu o peso do sistema em aproximadamente 270 kg.
Principais características distintivas:
O Ti-1023 é também designado por TB6 ao abrigo da norma nacional chinesa (GB/T 2965) e tem o número UNS R56410. Não existe qualquer “número de classe” ASTM (análogo às classes CP 1–4) para esta liga; as especificações do produto são regidas inteiramente pelo sistema AMS.
Composição química do Ti-1023, de acordo com a norma AMS 4984 (percentagem em peso):
| Elemento | Mínimo (wt%) | Máximo (wt%) |
|---|---|---|
| Alumínio (Al) | 2.6 | 3.4 |
| Vanádio (V) | 9.0 | 11.0 |
| Ferro (Fe) | 1.6 | 2.2 |
| Oxigénio (O) | — | 0.13 |
| Carbono © | — | 0.05 |
| Azoto (N) | — | 0.05 |
| Hidrogénio (H) | — | 0.015 |
| Outros elementos (cada um) | — | 0.10 |
| Outros elementos (total) | — | 0.30 |
| Titânio (Ti) | Equilíbrio | — |
O teor de alumínio estabiliza a fase alfa e proporciona um reforço por solução sólida; o vanádio é o principal estabilizador da fase beta e controla a temperabilidade; o ferro atua como um estabilizador suplementar da fase beta, com uma influência particularmente forte na temperatura de início da martensite, tornando o teor de ferro a variável mais rigorosamente controlada na especificação da liga.
As propriedades do Ti-1023 dependem fortemente das condições do tratamento térmico. As quatro especificações de forjamento da AMS (4983, 4984, 4986, 4987) definem diferentes combinações de resistência e tenacidade, obtidas através da variação das temperaturas de envelhecimento nos componentes forjados.
Propriedades medidas na barra/lingote antes do envelhecimento final — representativas do material fornecido para posterior forjamento e tratamento térmico:
| Imóveis | Valor | Norma de ensaio |
|---|---|---|
| Resistência à tração final (UTS) | ~970 MPa (141 ksi) | ASTM E8 |
| 0,21 TP3T Limite de escoamento | ~900 MPa (131 ksi) | ASTM E8 |
| Alongamento | ~9% | ASTM E8 |
| Módulo de elasticidade | ~110 GPa (16,0 Msi) | ASTM E111 |
Peças forjadas submetidas a tratamento em solução e envelhecimento: envelhecimento a 482–510 °C (900–950 °F), secção máxima de 76 mm (3 pol.):
| Imóveis | Mínimo | Norma de ensaio |
|---|---|---|
| Resistência à tração final (UTS) | 1 193 MPa (173 ksi) | ASTM E8 |
| 0,21 TP3T Limite de escoamento | 1 103 MPa (160 ksi) | ASTM E8 |
| Resistência à deformação por compressão | 1 145 MPa (166 ksi) | ASTM E9 |
| Alongamento | 4% | ASTM E8 |
| Resistência à fratura (KIc) | 44 MPa·m½ (40 ksi·√in) | ASTM E399 |
| Resistência à fadiga (~10⁷ ciclos) | ~945 MPa (137 ksi) | ASTM E466 |
| Módulo de elasticidade | 107–114 GPa (15,5–16,5 Msi) | ASTM E111 |
Para secções mais espessas e projetos resistentes a danos (envelhecimento a 510–593 °C, secção máxima de 102 mm / 4 pol.):
| EMA | Mín. UTS | Min YS | Alongamento mínimo | Min KIc | Secção Max |
|---|---|---|---|---|---|
| AMS 4986 | 1 103 MPa (160 ksi) | 1 000 MPa (145 ksi) | 6% | 60 MPa·m½ | 102 mm (4 pol.) |
| AMS 4987 | 965 MPa (140 ksi) | 896 MPa (130 ksi) | 8% | 88 MPa·m½ | 102 mm (4 pol.) |
Parâmetros padrão de tratamento térmico:
| Imóveis | Valor |
|---|---|
| Densidade | 4,65 g/cm³ (0,168 lb/in³) |
| Temperatura do Beta Transus | ~800 °C (1 472 °F) |
| Módulo de elasticidade (à tração) | ~110 GPa (16,0 Msi) |
| Módulo de cisalhamento | 42,1 GPa (6,1 Msi) |
| Coeficiente de Poisson | ~0.32 |
| Condutividade térmica | 7,80 W/m·K |
| Coeficiente de expansão térmica | 9,70 µm/m·°C (5,39 µin/in·°F) |
| Capacidade térmica específica | ~520 J/kg·K |
| Gama de fusão | ~1 704–1 760 °C (3 100–3 200 °F) |
As barras redondas e os lingotes de Ti-1023 estão disponíveis nas seguintes configurações padrão. São possíveis diâmetros e comprimentos de corte personalizados, desde que seja respeitada uma quantidade mínima de encomenda.
| Formulário | Gama de diâmetros | Condição da superfície |
|---|---|---|
| Torneado / retificado | 12,7–76,2 mm (0,50–3,00 pol.) | h9–h11, de acordo com a norma ISO 286-2 |
| Tal como laminado / descascado | 25,4–152,4 mm (1,00–6,00 pol.) | ±0,5 mm |
| Peça de bilete de grandes dimensões (matéria-prima para forja) | 76,2–203,2 mm (3,00–8,00 pol.) | Tal como saiu da máquina |
O Ti-1023 e o Ti-6Al-4V (Grau 5) são ambas ligas de titânio de alto desempenho para a indústria aeroespacial, mas destinam-se a requisitos estruturais diferentes. A comparação abaixo aborda os principais critérios de seleção para a conceção estrutural aeroespacial.
| Imóveis | Ti-1023 (condição AMS 4984) | Ti-6Al-4V (AMS 4928, STA) |
|---|---|---|
| Mín. UTS | 1 193 MPa (173 ksi) | ~895 MPa (130 ksi) mín. |
| Resistência mínima ao escoamento | 1 103 MPa (160 ksi) | ~828 MPa (120 ksi) mín. |
| Resistência à fratura (KIc) | ~44 MPa·m½ | ~60–80 MPa·m½ |
| Densidade | 4,65 g/cm³ | 4,43 g/cm³ |
| Módulo de elasticidade | ~110 GPa | ~114 GPa |
| Beta Transus | ~800 °C | ~995 °C |
| Capacidade de endurecimento profundo | Secção até ~100 mm (4 pol.) | Limitada (secção de ~25 mm) |
| Forjabilidade (forma quase final) | Excelente (temperaturas de forjamento mais baixas) | Bom |
| Maquinabilidade | Inferior (estado de envelhecimento) | Moderado |
| Soldabilidade | Limitado (a soldadura por fusão não é recomendada para STA) | Bom |
| Classificação | Quase-beta (beta metaestável) | Alfa-beta |
| Especificações de forjamento primário | AMS 4984 | AMS 4928 |
Quando especificar o Ti-1023:
Quando especificar o Ti-6Al-4V:
As barras redondas e os lingotes de titânio Ti-1023 são indicados para aplicações estruturais críticas em que a elevada resistência, o baixo peso e a temperabilidade da secção constituem os principais critérios de conceção:
As quatro especificações da AMS relativas a esta liga aplicam-se às peças forjadas. As barras e os lingotes são fornecidos como matéria-prima para forjamento, cumprindo os requisitos químicos da liga e de fusão previstos nessas especificações.
| Padrão | Forma do produto | Estado | Mín. UTS | Secção Max |
|---|---|---|---|---|
| AMS 4983 | Peças forjadas | STA — 180 ksi | 1 241 MPa (180 ksi) | — |
| AMS 4984 | Peças forjadas, fundidas com elétrodo consumível | STA — 173 ksi | 1 193 MPa (173 ksi) | 76 mm (3 pol.) |
| AMS 4986 | Peças forjadas, fundidas com elétrodo consumível | STA — 160 ksi | 1 103 MPa (160 ksi) | 102 mm (4 pol.) |
| AMS 4987 | Peças forjadas, fundidas com elétrodo consumível | Envelhecido — 140 ksi | 965 MPa (140 ksi) | 102 mm (4 pol.) |
| Norma / Identificador | Descrição |
|---|---|
| UNS R56410 | Designação do Sistema Unificado de Numeração |
| GB/T 2965 TB6 | Designação equivalente da norma nacional chinesa |
| EN 10204 3.1 | Certificado de ensaio de fábrica; incluído em todas as remessas |
O material é produzido e fornecido ao abrigo de um sistema de gestão da qualidade certificado pelas seguintes normas:
Todas as remessas incluem um Certificado de Ensaio de Fábrica (MTC) EN 10204 3.1 que abrange:
A documentação relativa à Inspeção do Primeiro Artigo (FAI) está disponível mediante pedido.
O Ti-1023 é uma liga de titânio quase beta (beta metaestável) com a composição nominal Ti-10V-2Fe-3Al (10 % em peso de vanádio, 2 % em peso de ferro, 3 % em peso de alumínio), UNS R56410. Originalmente desenvolvida pela TIMET sob a denominação comercial TIMETAL 10-2-3, foi concebida para peças forjadas aeroespaciais de secção espessa que requerem endurecimento completo — uma capacidade que as ligas alfa-beta, como a Ti-6Al-4V, não conseguem proporcionar em secções transversais de grandes dimensões. É também designada por TB6 ao abrigo da norma nacional chinesa.
As quatro especificações AMS para o Ti-1023 (AMS 4983, 4984, 4986 e 4987) aplicam-se todas a peças forjadas. A AMS 4984 (resistência à tração máxima de 173 ksi, secção máxima de 76 mm) é a mais frequentemente especificada para aplicações de alta resistência, tais como o trem de aterragem. A AMS 4986 (160 ksi, secção máxima de 102 mm) e a AMS 4987 (140 ksi, secção máxima de 102 mm) proporcionam melhor tenacidade à fratura com resistência mais baixa, para projetos tolerantes a danos. As barras e os lingotes são fornecidos como matéria-prima para forjamento, cumprindo os requisitos químicos da liga e de fusão destas especificações.
O Ti-1023 é utilizado principalmente em trens de aterragem aeroespaciais e em estruturas críticas da fuselagem. A aplicação mais citada é o trem de aterragem principal do Boeing 777, onde o Ti-1023 substituiu o aço 4340M e reduziu o peso do trem de aterragem principal em aproximadamente 270 kg. O avião de transporte militar C-17 Globemaster III e o helicóptero Super Lynx (peças forjadas da cabeça do rotor principal) também utilizam o Ti-1023 nas suas estruturas primárias. A liga é especificada sempre que são simultaneamente necessárias uma resistência à tração superior a 1 100 MPa, uma capacidade de endurecimento profundo em secções espessas e uma forjabilidade que permita obter formas próximas da forma final.
A densidade do Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) é de 4,65 g/cm³ (0,168 lb/in³). Este valor é ligeiramente superior ao do Ti-6Al-4V (4,43 g/cm³) devido ao elevado teor de vanádio, mas a resistência à tração significativamente superior da liga no estado envelhecido (1 193+ MPa contra ~895 MPa, no mínimo, para o Ti-6Al-4V, de acordo com a norma AMS 4928) resulta numa resistência específica superior para aplicações estruturais espessas sujeitas a cargas.
Todas as três são especificações de forjamento do Ti-1023. Diferem na temperatura de envelhecimento e no equilíbrio resultante entre resistência e tenacidade. A AMS 4984 utiliza a temperatura de envelhecimento mais baixa (482–510 °C) e atinge a resistência mais elevada (UTS mínima de 173 ksi, tenacidade à fratura de 40 ksi·√in) em secções até 76 mm. A norma AMS 4986 utiliza uma temperatura de envelhecimento intermédia (510–538 °C) para obter um equilíbrio entre resistência (160 ksi) e tenacidade (55 ksi·√in) em secções até 102 mm. A norma AMS 4987 utiliza a temperatura de envelhecimento mais elevada (566–593 °C) para obter a melhor tenacidade (80 ksi·√in) com a resistência mais baixa (140 ksi) em secções até 102 mm.
A temperatura do transus beta do Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) é de aproximadamente 800 °C (1 472 °F). Para o tratamento térmico por solução AMS 4984, as peças forjadas são mantidas a uma temperatura de 28–56 °C (50–100 °F) abaixo do transus beta — normalmente 744–772 °C — durante um mínimo de 30 minutos, sendo depois temperados em água, para reter a fase alfa primária antes do envelhecimento. Ultrapassar o transus beta durante o tratamento de solução resulta numa microestrutura totalmente lamelar com desempenho reduzido em termos de fadiga.
O Ti-1023 no estado recozido pode ser soldado utilizando o método GTAW (TIG) sob proteção de gás inerte; a soldadura por feixe de eletrões (EB) é o método preferido para juntas estruturais. O Ti-1023 no estado de tratamento de solução e envelhecimento (AMS 4984) não é, em geral, recomendado para soldadura por fusão em aplicações estruturais, uma vez que a zona afetada pelo calor da soldadura não pode ser reenvelhecida in situ para recuperar as propriedades mecânicas originais. A ligação por difusão e a soldadura por inércia/fricção são utilizadas em programas especializados de união no setor aeroespacial.
Os diâmetros padrão na gama de 25,4–76,2 mm (1,0–3,0 pol.) são normalmente mantidos em estado recozido para envio imediato como matéria-prima para forja. Os diâmetros maiores e as barras submetidas ao processo STA são normalmente fornecidos por encomenda, com prazos de entrega de 4 a 12 semanas, dependendo do diâmetro e da quantidade. Contacte a equipa de vendas indicando o diâmetro, o comprimento, o estado e a quantidade para obter informações sobre a disponibilidade atual e uma resposta formal ao pedido de cotação.
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