Serviço de Forjamento Bruto de Segmentos de Arco de Turbina

Tecnologia Central do Forjamento Bruto de Segmentos de Arco de Turbina

1. Preparação da Liga: Lingotes de superliga de alta pureza, como o IN713LC, são fundidos usando fusão por indução a vácuo e fundidos em tarugos para prontidão de forjamento.

2. Pré-aquecimento do Tarugo: Os tarugos são uniformemente aquecidos a 1080–1180°C em fornos de atmosfera controlada, garantindo comportamento adequado de deformação sem oxidação superficial.

3. Forjamento Bruto em Matriz Fechada: Prensas hidráulicas (2500–4000 toneladas) deformam os tarugos em perfis de segmento de arco, alcançando blanks quase líquidos com orientação controlada do fluxo de grãos.

4. Recozimento Intermediário: Após o forjamento, as peças passam por recozimento a 1020–1060°C para aliviar tensões internas e homogeneizar a microestrutura antes de operações adicionais de conformação.

5. Nivelamento Dimensional: Os segmentos forjados são mecanicamente nivelados sob gabaritos de precisão para garantir consistência geométrica antes dos estágios finais de usinagem.

6. Remoção de Rebarbas e Aparo: As rebarbas forjadas e o material excedente são removidos usando ferramentas de aparo mecânico para preparar os blanks para a subsequente usinagem CNC.

7. Condicionamento de Superfície: Os óxidos superficiais são removidos por jateamento e decapagem, preparando as peças para ensaios não destrutivos e tratamento térmico.

8. Amostras para Ensaios Mecânicos: Corpos de prova representativos são extraídos de cada lote para verificação de dureza, tração e tamanho de grão de acordo com padrões de teste de materiais.

Características dos Materiais das Ligas para Segmentos de Arco de Turbina

Os segmentos de arco de turbina forjados são tipicamente feitos de superligas de alto desempenho como IN713LC, Inconel 738 e Rene 80. As principais propriedades incluem:

• Temperatura de Operação: Até 1000–1050°C dependendo da liga

• Resistência à Tração: ≥1030 MPa à temperatura ambiente

• Resistência ao Fluência: ≥200 MPa após 1000 horas a 800°C

• Resistência à Oxidação: Excelente sob carregamento térmico cíclico

• Controle do Tamanho de Grão: ASTM 5–8 através de práticas de forjamento de precisão

Essas propriedades permitem que os segmentos de arco suportem condições operacionais extremas nas seções quentes da turbina.

Estudo de Caso: Forjamento Bruto de Segmentos de Arco de Turbina

Contexto do Projeto

A Neway AeroTech foi selecionada para fabricar segmentos de arco forjados para um importante OEM de turbinas de potência. O cliente exigia segmentos de arco feitos de IN713LC para uso em turbinas a gás terrestres operando continuamente a 950°C, com requisitos rigorosos de desempenho mecânico e remoção mínima de material durante a usinagem de acabamento.

Aplicações Comuns de Segmentos de Arco Forjados

• Turbinas a Gás Industriais (ex.: GE Frame 6B): Segmentos de arco direcionam os gases de exaustão através do primeiro e segundo estágios da turbina.

• Motores Aeronáuticos (ex.: CFM56): Palhetas guia e segmentos de arco estáticos operam em zonas de fadiga de alto ciclo em turbinas aeroespaciais.

• Turbinas a Gás Marítimas (ex.: LM2500): Segmentos de arco forjados são usados em turbinas de propulsão de alta carga em ambientes corrosivos.

• Turbinas de Geração de Energia (ex.: Siemens SGT): Carcaças de turbina estáticas e palhetas de fluxo requerem segmentos de arco forjados com baixa distorção térmica em usinas de energia.

Características Estruturais dos Segmentos de Arco de Turbina

• Perfis curvos correspondentes aos diâmetros interno/externo da turbina

• Formas de base complexas de aerofólio para integração de bicos

• Bosses e ranhuras de precisão para intertravamento dos segmentos

• Deformação controlada para suportar a precisão da usinagem subsequente

Solução de Fabricação de Segmentos de Arco de Turbina

1. Aquisição de Material e Fundição de Lingote: A liga IN713LC de alta pureza é fundida a vácuo em tarugos, garantindo controle químico e baixo teor de gases residuais.

2. Forjamento e Conformação do Tarugo: Tarugos aquecidos a 1150°C e forjados em matrizes fechadas sob prensas de 3000 toneladas em blanks em forma de arco com fluxo de grãos direcional.

3. Tratamento Térmico e Recozimento: O recozimento pós-forjamento a 1040°C refina o tamanho do grão e elimina tensões residuais de forjamento para estabilidade dimensional.

4. Preparação de Superfície: Jateamento remove a carepa; decapagem ácida pré-condiciona as superfícies para ensaios não destrutivos.

5. Validação das Propriedades Mecânicas: Ensaios de tração confirmam ≥1030 MPa de UTS, e o tamanho de grão ASTM 6–7 é validado através de inspeção metalográfica.

6. Nivelamento Dimensional: Os arcos são colocados em ferramentaria e prensados em condições ambientes para garantir planicidade dentro de ±0,1 mm.

7. Aparo Pré-Usinagem: O excesso de rebarba é removido com serras e tesouras para permitir um acabamento CNC preciso.

8. Avaliação Não Destrutiva: Os segmentos passam por ensaio por líquidos penetrantes fluorescentes e ensaio ultrassônico para detectar descontinuidades internas e superficiais.

Principais Desafios no Forjamento Bruto de Segmentos de Arco

• Manter o controle da forma sobre a geometria curva de parede fina durante a deformação a quente

• Alcançar estrutura de grãos uniforme em seções transversais variadas

• Prevenir microtrincas e zonas de fadiga térmica nos cantos

• Garantir repetibilidade em lotes de produção de grande volume

Resultados e Verificação

• Controle do tamanho de grão alcançado em ASTM 6–7 com baixo teor de inclusões

• Desvios dimensionais dentro de ±0,1 mm após nivelamento, confirmados por varredura 3D

• Desempenho de tração e fluência excedeu os 1030 MPa UTS e 200 MPa de ruptura por fluência exigidos

• Taxa de aprovação em END >99% com zero rejeição na fase de inspeção final

Perguntas Frequentes

1. Quais ligas são comumente usadas para o forjamento bruto de segmentos de arco de turbina?

2. Como o tamanho do grão é controlado durante o forjamento bruto de segmentos de arco?

3. Quais tolerâncias dimensionais podem ser alcançadas antes da usinagem final?

4. Quais métodos de END são usados para inspecionar segmentos de arco de turbina forjados?

5. A Neway AeroTech pode fornecer usinagem pós-forjamento para segmentos de arco?