PREP Pó de liga de titânio refratário

Visão geral do pó de liga de titânio refratário PREP

A liga PREP (Plasma Rotating Electrode Process) é um pó de liga de titânio refratário de alto desempenho concebido para o fabrico aditivo de componentes que necessitam de excelentes propriedades mecânicas a temperaturas extremas.

Este artigo fornece um guia completo sobre o pó de liga de titânio PREP, abrangendo a composição, as propriedades, os parâmetros de impressão, as aplicações, as especificações, os fornecedores, o manuseamento, a inspeção, as comparações, os prós e os contras e as perguntas frequentes. A informação quantitativa é apresentada em tabelas fáceis de consultar.

Composição do pó de liga de titânio PREP

A liga PREP tem uma composição complexa que contém vários elementos solúveis:

Elemento	Peso %	Propósito
Titânio	Equilíbrio	Elemento da matriz principal
Alumínio	5 – 7	Reforçador de soluções sólidas
Lata	1 – 3	Reforçador de soluções sólidas
Zircônio	0.5 – 2	Controlo da estrutura dos grãos
Molibdênio	1 – 3	Reforçador de soluções sólidas
Silício	0.5 – 1.5	Resistência à oxidação
Nióbio	1 – 3	Formador de metal duro
Tântalo	1 – 3	Formador de metal duro

São também adicionadas quantidades vestigiais de boro e carbono para reforçar os limites dos grãos.

Propriedades do pó de liga de titânio PREP

A liga PREP apresenta uma combinação excecional de propriedades:

Propriedade	Descrição
alta resistência	Excelente resistência à tração e à fluência até 700¡"C
Resistência à fadiga	Elevada resistência à fadiga a temperaturas elevadas
Tenacidade à fratura	Até 100 MPa-©|m
Resistência à oxidação	Forma uma escala protetora de óxido
Estabilidade térmica	Estabilidade microestrutural após exposições prolongadas
Tolerância aos danos	Resistente ao crescimento de fissuras
biocompatibilidade	Não tóxico e não alergênico

As propriedades permitem componentes leves para aplicações exigentes.

Parâmetros de impressão AM para liga de titânio em pó PREP

Os parâmetros típicos do processo de AM incluem:

Parâmetros	Valor Típico	Propósito
Altura da camada	30-50 Ã×m	Resolução versus velocidade de construção
Potência laser	150-500 W	Fusão suficiente sem evaporação
Velocidade de digitalização	750-1500 mm/s	Densidade versus taxa de produção
Espaçamento da escotilha	80-120 Ã×m	Propriedades mecânicas
Prensagem isostática a quente	900¡"C, 100 MPa, 3 horas	Eliminar os vazios internos

Parâmetros optimizados para densidade, microestrutura, taxa de construção e requisitos de pós-processamento.

Aplicações das peças de titânio PREP impressas em 3D

Os componentes da liga PREP servem aplicações críticas, incluindo

Indústria	Componentes
Aeroespacial	Lâminas de turbina, peças de compressor, suportes
Automotivo	Bielas, válvulas, rodas do turbocompressor
Médico	Implantes ortopédicos, instrumentos cirúrgicos
Químico	Bombas, válvulas, vasos de reação
Geração de energia	Componentes do percurso do gás quente

As vantagens em relação aos equivalentes forjados incluem geometrias complexas e desenvolvimento acelerado.

Especificações do pó de titânio PREP para AM

O pó de liga PREP deve cumprir especificações rigorosas:

Parâmetros	Especificação
Faixa granulométrica	15-45 Ã×m típico
Forma da partícula	Morfologia esférica
Densidade Aparente	>2,5 g/cc
Densidade Batida	>4,5 g/cc
Taxa de fluxo por corredor	>35 seg. para 50 g
Pureza	>99,95%
Teor de Oxigênio	<1000 ppm

Estão disponíveis distribuições de tamanho personalizadas e níveis de oxigénio controlados.

Fornecedores de pó de liga de titânio PREP

O pó da liga PREP é fornecido por:

Fornecedor	Local
Praxair	EUA
AP&C	Canadá
Tekna	Canadá
Metalysis	Reino Unido
Tecnologia LPW	Reino Unido
EOS	Alemanha

Os preços variam entre $250/kg e $450/kg com base na qualidade, na distribuição dos tamanhos e no volume da encomenda.

Manuseamento e armazenamento do pó de titânio PREP

Sendo um material reativo, é essencial um manuseamento cuidadoso do pó da liga PREP:

• Armazenar os recipientes fechados sob gás inerte como o árgon
• Evitar a exposição ao ar e à humidade durante o manuseamento
• Utilizar equipamento devidamente ligado à terra
• Evitar a acumulação de poeiras para minimizar o risco de explosão
• Recomenda-se a ventilação por exaustão local
• Usar EPI adequado e evitar a inalação

Técnicas e controlos adequados evitam a oxidação do pó.

Inspeção e ensaio do pó de titânio PREP

Os lotes de pó de liga PREP são validados utilizando:

Método	Parâmetros testados
Análise granulométrica	Distribuição de Tamanho de Partículas
Imagem SEM	Morfologia das partículas
EDX	Química/composição
XRD	Fases presentes
Picnometria	Densidade
Taxa de fluxo por corredor	Fluidez do pó

Os ensaios efectuados de acordo com as normas ASTM garantem a consistência de lote para lote.

Comparação da liga PREP com pós de titânio alternativos

A liga PREP compara-se a outros materiais de titânio como:

Liga	Força	Resistência à oxidação	Custo	Capacidade de impressão
PREP	Excelente	Excelente	Alto	Bom
Ti64	Bom	Bom	Médio	Justo
Ti6242	Excelente	Bom	Alto	Justo
CP-Ti	Baixo	Excelente	Baixo	Excelente

O PREP oferece as melhores propriedades gerais, mas a um custo mais elevado do que as ligas de trabalho como o Ti64.

Prós e contras do pó de titânio PREP para AM

**Prós**	Contras
Excelente resistência a altas temperaturas	Caro em comparação com o Ti64 e o CP-Ti
Excelente resistência à fadiga termomecânica	Maior densidade do que outras ligas de titânio
Geometrias complexas viáveis	Obrigatório o manuseamento em atmosfera controlada
Anisotropia inferior à do Ti64 e do CP-Ti	Processamento muito sensível à técnica
Adequação das propriedades às formas forjadas PREP	Fornecedores limitados e variantes de liga

O PREP permite um fabrico aditivo de desempenho excecional, mas exige um controlo muito rigoroso das condições do processo.

Perguntas frequentes sobre o pó de liga de titânio PREP

P: Para que é que a liga de titânio PREP é utilizada na AM?

R: A liga PREP é utilizada para imprimir em 3D componentes aeroespaciais e automóveis leves que necessitam de propriedades mecânicas extremamente elevadas a temperaturas até 700¡"C.

Q: Que tamanho de partícula é recomendado para imprimir a liga de titânio PREP?

R: Uma gama de tamanhos de pó de 15-45 microns proporciona um bom equilíbrio entre fluidez, alta resolução e peças impressas densas.

P: O titânio PREP necessita de prensagem isostática a quente após a AM?

R: A HIP é recomendada para eliminar os vazios internos, maximizar a resistência à fadiga e atingir a densidade total. Pode não ser obrigatório para aplicações não críticas.

P: Que material tem propriedades mais próximas da liga de titânio PREP?

R: O Ti-6Al-4V tem uma densidade comparável e uma boa resistência a altas temperaturas, mas uma menor resistência à oxidação em comparação com as ligas PREP.

P: Que vantagens oferece a liga PREP em relação à liga Ti-6Al-4V em AM?

R: As principais vantagens são uma maior resistência à tração e à fadiga até 700¡"C, juntamente com uma resistência significativamente melhor à fluência e à fadiga termomecânica.

P: Que precisão pode ser obtida com as peças impressas em titânio PREP?

R: Após o pós-processamento, os componentes PREP impressos podem atingir tolerâncias dimensionais e acabamentos de superfície comparáveis aos das peças de titânio maquinadas por CNC.

Q: Que defeitos podem ocorrer durante a impressão da liga de titânio PREP?

R: Os defeitos potenciais são fissuras, distorção, porosidade, fusão incompleta e rugosidade da superfície. A maioria pode ser minimizada através de parâmetros optimizados.

P: As estruturas de suporte podem ser facilmente removidas das peças AM de titânio PREP?

R: Os suportes mínimos corretamente concebidos são facilmente destacáveis após a impressão devido às excelentes propriedades mecânicas das ligas PREP.

P: Que tipo de pós-processamento é normalmente efectuado nos componentes de titânio PREP?

R: A prensagem isostática a quente, o tratamento térmico, a maquinagem de fluxo abrasivo, a maquinagem CNC e o electropolimento são pós-processos habitualmente utilizados.

P: Qual é a principal diferença entre o Ti-6Al-4V Grau 5 e o Grau 23?

R: O grau 5 tem um teor de oxigénio mais elevado para uma melhor fluidez do pó, enquanto o grau 23 tem um teor de oxigénio mais baixo para uma tenacidade à fratura e resistência à fadiga superiores.