Disco de titânio grau 2Resistência ao cisalhamento: o que o número realmente significa
Recentemente, um cliente nos fez uma pergunta que parece muito simples:
"Qual é a resistência ao cisalhamento do titânio grau 2?"
De vez em quando recebemos perguntas como esta, especialmente quando um disco de titânio Grau 2 está sendo projetado em um componente mecânico.
A resposta fácil seria fornecer um número e seguir em frente.
Não achamos que essa seja a maneira correta de responder.
Um valor de resistência ao cisalhamento é útil, mas não diz tudo sobre o desempenho de um disco de titânio específico. A qualidade do material, a condição, o histórico de processamento, o método de teste e a carga real são importantes.
Então, vamos começar com o material em si.
Grau 2 é titânio comercialmente puro
O titânio grau 2 é titânio comercialmente puro (titânio CP), UNS R50400. É uma das classes mais comumente usadas na família do titânio comercialmente puro. ASTM B348/B348M abrange o Grau 2 entre seus tipos de titânio listados e especifica barras e tarugos recozidos, juntamente com requisitos químicos e de tração.
A 2ª série fica em um meio-termo útil.
O grau 1 é mais macio e dúctil. Os graus 3 e 4 proporcionam maior resistência dentro do grupo de titânio comercialmente puro. O grau 5 é diferente novamente: é o Ti-6Al-4V, uma liga de titânio alfa-beta com resistência muito maior.
É por isso que normalmente não descrevemos o Grau 2 simplesmente como uma “versão de menor intensidade” do Grau 5.
As duas notas são usadas por motivos diferentes.
Quando a resistência à corrosão, a ductilidade, a conformabilidade e o desempenho industrial geral são importantes, o Grau 2 pode ser uma escolha muito prática. É amplamente utilizado em equipamentos químicos, aplicações marítimas, trocadores de calor, componentes de bombas e peças usinadas.
Um disco de titânio não é diferente. A nota certa depende do que o disco realmente tem que fazer.
Então, qual é a resistência ao cisalhamento do titânio grau 2?
É aqui que as coisas se tornam menos simples.
Dados de referência de engenharia geralmente mostram valores de resistência ao cisalhamento à temperatura ambiente para titânio Grau 2 na faixa aproximada de 210–240 MPa (30,5–34,8 ksi).
Trataríamos essa faixa como informação de referência e não como um valor garantido de resistência ao cisalhamento para cada disco de titânio Grau 2.
Há uma razão importante para essa distinção.
Quando vendemos um disco de titânio Grau 2, "Grau 2" nos indica a qualidade do material. Por si só, não descreve todos os detalhes de como aquela peça específica de material foi processada ou testada.
O comportamento mecânico final pode ser afetado pela condição do material, trabalho a frio, histórico de processamento, forma do produto e método de teste.
É também por isso que você pode ver diferentes números de resistência ao cisalhamento em diferentes referências técnicas.
O número não está necessariamente errado. As condições de teste e as condições materiais podem simplesmente ser diferentes.
A resistência ao cisalhamento normalmente não é o número que você vê primeiro em um MTC
Vale a pena ressaltar isso porque surge com bastante frequência nas compras.
Se você observar um certificado típico de material de titânio, é muito mais provável que veja:
- Resistência à tracção
- Força de rendimento
- Alongamento
- Composição química
- Condição material
- Informações sobre calor ou lote
Você pode não ver um resultado separado de resistência ao cisalhamento.
Isso não é incomum.
Por exemplo, ASTM B348/B348M especifica requisitos de teste de tração para barras e tarugos recozidos de titânio e ligas de titânio cobertos. Isso não significa que todo produto de Grau 2 fornecido de acordo com a norma venha com um valor certificado de resistência ao cisalhamento.
Portanto, se um cliente nos perguntar: “Você pode garantir uma resistência ao cisalhamento de 230 MPa?”, nossa primeira pergunta seria:De acordo com qual método de teste e para qual condição material?
Essa pergunta precisa ser respondida antes que o número signifique muito.
O que acontece quando a condição material muda?
Esta é uma das razões práticas pelas quais não gostamos de interpretar literalmente um único número do manual.
O titânio grau 2 é frequentemente fornecido recozido. O recozimento pode aliviar tensões residuais e restaurar a ductilidade após o processamento.
O trabalho a frio é diferente. Pode aumentar a resistência e a dureza, ao mesmo tempo que reduz a ductilidade.
Portanto, duas peças de titânio Grau 2 podem ter o mesmo grau químico, mas comportamento mecânico diferente porque seus históricos de processamento são diferentes.
Para uma ordem de material padrão, isso pode não criar nenhum problema. A especificação do material aplicável define as propriedades que precisam ser atendidas.
Mas se um disco de titânio fizer parte de um componente com um requisito específico de carga de cisalhamento, a condição do material torna-se muito mais importante.
É nesse momento que preferimos olhar a especificação completa do que simplesmente copiar um número de uma tabela de referência.
Não confunda resistência à tração com resistência ao cisalhamento
Já vimos essa confusão muitas vezes.
- Resistência à tracçãoé a tensão máxima que um material suporta sob carga de tração antes da falha.
- Resistência ao cisalhamentodiz respeito à falha sob carga de cisalhamento.
Eles estão relacionados ao comportamento mecânico geral do material, mas não têm a mesma propriedade.
É possível encontrar fórmulas ou regras práticas que estimam a resistência ao cisalhamento a partir das propriedades de tração. Eles podem ser úteis para trabalhos preliminares de engenharia.
Mas um valor estimado não é a mesma coisa que um valor medido.
Se a propriedade de cisalhamento for crítica para o projeto, é melhor definir o método de teste e os critérios de aceitação necessários, em vez de assumir uma porcentagem fixa da resistência à tração.
E um disco de titânio grau 2 sob carga?
Imagine um disco de titânio Grau 2 usado como parte de um componente industrial.
A tensão de cisalhamento calculada pode parecer confortavelmente abaixo de um valor de referência publicado.
Isso não significa automaticamente que o design seja seguro.
O engenheiro também pode precisar considerar se a carga é estática ou cíclica, se há furos ou transições bruscas no disco, se há concentração de tensão e se a temperatura ou a corrosão afetarão as condições de serviço.
Para um componente sujeito a carregamentos repetidos, a fadiga pode tornar-se mais importante do que uma simples comparação entre uma tensão calculada e um valor de resistência publicado.
É por isso que não recomendamos selecionar Grau 2 ou Grau 5 com base apenas na pergunta: "Qual deles tem maior resistência ao cisalhamento?"
A melhor pergunta é:
O que o componente realmente precisa suportar?
2ª série ou 5ª série?
Há casos em que a 5ª série é claramente a melhor escolha.
Se o projeto exigir alta resistência e uma alta relação resistência-peso,Ti-6Al-4V Grau 5é amplamente utilizado para aplicações exigentes.
Mas maior resistência não torna automaticamente o Grau 5 o melhor material.
Se a aplicação estiver preocupada principalmente com resistência à corrosão, ductilidade e serviço industrial em geral, o Grau 2 pode fazer mais sentido.
Há também o lado prático da fabricação. Os graus 2 e 5 não se comportam exatamente da mesma forma durante a usinagem, conformação e outras operações de fabricação.
Portanto, a decisão material deve vir do aplicativo completo e não de uma propriedade em uma tabela material.
O que você deve pedir ao comprar um disco de titânio grau 2?
Para uma compra de rotina, as informações básicas geralmente são diretas:
- Nota:Grau 2/UNS R50400
- Padrão:por exemplo, a ASTM aplicável ou a especificação do cliente
- Doença:recozido ou outra condição especificada
- Dimensões:diâmetro externo, espessura, planicidade e tolerâncias exigidas
- Inspeção:análise química, teste de tração, inspeção de superfície, inspeção dimensional e qualquer END necessário
- Documentação:Requisitos de MTC e rastreabilidade
Para um componente mais exigente, o desenho ou especificação do cliente também pode definir requisitos especiais de teste ou inspeção.
Essa informação é muito mais útil para um fabricante do que simplesmente receber a mensagem:
"Por favor, cite discos de titânio grau 2. Qual é a resistência ao cisalhamento?"
Depois de sabermos como o disco será usado, poderemos analisar os requisitos de material e fabricação no contexto certo.
Um ponto que sempre recomendamos verificar
Se o cálculo do seu projeto depende muito da resistência ao cisalhamento, não presuma que um valor de referência geral seja automaticamente a tensão de projeto admissível.
A resistência do material e a tensão de projeto admissível não são a mesma coisa.
O valor permitido pode precisar levar em conta fatores de segurança, fadiga, temperatura, geometria, concentração de tensão e o padrão de projeto aplicável.
Isto é particularmente importante para equipamentos sob pressão, equipamentos rotativos e outros componentes onde a falha pode ter consequências graves.
A resposta prática
Então, voltando à pergunta original:
Qual é a resistência ao cisalhamento de um disco de titânio Grau 2?
Uma faixa de referência de temperatura ambiente comumente citada é de cerca de 210–240 MPa (30,5–34,8 ksi).
Mas não existe um número único de resistência ao cisalhamento que deva ser automaticamente tratado como o valor garantido para cada disco de titânio Grau 2.
Para uma discussão normal sobre seleção de materiais, o intervalo pode ser útil.
Para um projeto de engenharia real, as questões mais importantes são:
- Qual padrão de material é necessário?
- Qual é a condição material?
- Como o disco será carregado?
- A carga é estática ou cíclica?
- Que temperatura e ambiente ele verá?
- Que testes são realmente necessários?
Esses detalhes dizem muito mais sobre se o titânio Grau 2 é apropriado para o trabalho.
Na ZCTITANIUM, fornecemos produtos de titânio grau 2 para aplicações industriais e personalizadas, incluindo componentes usinados de titânio. Quando um cliente tem um desenho ou especificação técnica, preferimos revisar os requisitos reais em vez de fazer uma recomendação de material com base em um número.
Para um projeto de disco de titânio Grau 2, envie-nos o grau, padrão, dimensões, quantidade e desenho ou requisitos de aplicação. Podemos então revisar os requisitos de material e fabricação com você antes de fazer a cotação.