Molas em Inconel 718: Liga de alto desempenho para aplicações extremas

As molas Inconel 718 são componentes especializados fabricados a partir da liga de níquel-crómio Inconel 718, conhecida pela sua excecional resistência mecânica, resistência à corrosão e capacidade de manter o desempenho a temperaturas elevadas. Estas molas são amplamente utilizadas nas indústrias aeroespacial, automóvel, de produção de energia e de processamento químico, onde os materiais de molas convencionais falham sob condições extremas. Este artigo explora as propriedades, considerações de projeto, fabrico e aplicações das molas Inconel 718.

Composição química

O Inconel 718 é composto principalmente por níquel (50-55%), crómio (17-21%), ferro (equilíbrio), nióbio (4,75-5,5%), molibdénio (2,8-3,3%), titânio (0,65-1,15%) e alumínio (0,2-0,8%). Esta composição única fornece uma combinação de alta resistência, resistência à corrosão e estabilidade térmica, que é crítica para molas que operam sob tensão repetida e condições de alta temperatura.

Propriedades Mecânicas

As molas Inconel 718 apresentam propriedades mecânicas excepcionais:

• Resistência à tração: 1.240-1.515 MPa, assegurando que a mola pode suportar cargas significativas sem deformação permanente.
• Resistência ao escoamento: 1.035-1.240 MPa, oferecendo uma excelente resistência à fluência e ao relaxamento de tensões.
• Resistência à fadiga: Elevada resistência a cargas cíclicas, crítica para molas sujeitas a compressão e tensão repetidas.
• Dureza: Rockwell C 35-40, proporcionando uma boa resistência ao desgaste para uma durabilidade a longo prazo.
• Alongamento: 12-20%, permitindo uma flexibilidade suficiente, mantendo ao mesmo tempo uma elevada resistência.

Propriedades térmicas

As molas Inconel 718 mantêm as suas propriedades numa vasta gama de temperaturas:

• Temperatura de funcionamento: Até 700°C sem perda significativa de força ou resistência à fluência.
• Ponto de fusão: ~1,360-1,370°C.
• Coeficiente de expansão térmica: 13 × 10-⁶ /°C, proporcionando uma estabilidade dimensional previsível durante o ciclo térmico.

Resistência à corrosão

Estas molas oferecem uma excelente resistência à oxidação, à corrosão e à fissuração por corrosão sob tensão, o que as torna adequadas para ambientes marinhos, químicos e de elevada humidade. O teor de crómio forma uma camada protetora de óxido, evitando a degradação em atmosferas agressivas.

Considerações sobre a conceção

A conceção de molas Inconel 718 requer uma atenção cuidadosa às propriedades do material e aos requisitos da aplicação:

• Requisitos de carga: Assegurar que a mola pode suportar cargas estáticas e dinâmicas sem deformação permanente.
• Efeitos da temperatura: Considere a temperatura de funcionamento, uma vez que o Inconel 718 mantém a resistência a temperaturas elevadas, mas pode deformar-se sob carga contínua.
• Geometria da primavera: O diâmetro da bobina, a espessura do fio e o passo devem ser optimizados para maximizar a vida à fadiga e a distribuição de tensões.
• Acabamento da superfície: As superfícies lisas melhoram a vida à fadiga e reduzem o risco de iniciação de fissuras.

Processo de fabrico

As molas de Inconel 718 são normalmente fabricadas através de enrolamento a frio ou a quente, seguido de tratamentos de recozimento e envelhecimento em solução para atingir as propriedades mecânicas pretendidas. O tratamento térmico é essencial para precipitar fases de reforço, como a gama prime (γ’) e a gama double prime (γ”), que proporcionam uma elevada resistência à tração e ao escoamento. A maquinagem de precisão e o acabamento de superfícies são frequentemente utilizados para cumprir normas industriais e aeroespaciais exigentes.

Aplicações

As molas Inconel 718 são utilizadas em ambientes exigentes onde os materiais de molas convencionais falham:

• Indústria aeroespacial: Componentes de motores, actuadores, trens de aterragem e sistemas de amortecimento de vibrações.
• Automóvel: Sistemas de escape de alto desempenho e mecanismos de turbocompressão.
• Geração de energia: Motores de turbina a gás, válvulas e sistemas de controlo de alta temperatura.
• Processamento de produtos químicos: Bombas, reactores e válvulas de alta temperatura expostas a meios corrosivos.

Perguntas relacionadas

O que torna as molas Inconel 718 adequadas para altas temperaturas? Mantêm uma elevada resistência à tração e ao escoamento até 700°C e resistem à fluência, garantindo um desempenho fiável em ambientes extremos.

As molas Inconel 718 podem resistir à corrosão? Sim, têm uma excelente resistência à corrosão e à oxidação devido ao seu elevado teor de crómio e níquel.

Onde é que as molas Inconel 718 são normalmente utilizadas? São amplamente utilizados em aplicações aeroespaciais, automóveis, de produção de energia e de processamento químico que exigem elevada resistência e durabilidade em condições extremas.