{ "slug": "thermal-expansion-coefficients", "title": "Coeficientes de expansão térmica para materiais CNC (CTE)", "description": "CTE para 22 materiais CNC em µm/m·°C com a faixa de temperatura que cada valor cobre, além de exemplos calculados do que as diferenças fazem a ajustes e inspeção.", "lang": "pt", "tables": [ { "caption": "Coeficiente de expansão térmica (CTE) por material e faixa de temperatura", "columns": [ "Material (grau)", "CTE (µm/m·°C)", "Faixa de temperatura", "Significado de engenharia", "Fonte" ], "rows": [ { "Material (grau)": "Aluminum 1060 (commercially pure)", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Maior CTE entre os metais CNC comuns; projetos de barramento e dissipador devem prever folgas de expansão", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 2 via matmake.com" }, { "Material (grau)": "Aluminum 6061-T6", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Liga de alumínio mais usinada; o CTE é independente da têmpera (O, T4, T6 e T651 todos 23.6)", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 2, 10th ed.; MIL-HDBK-5J" }, { "Material (grau)": "Aluminum 6061-T6", "CTE (µm/m·°C)": "24.6", "Faixa de temperatura": "20–200 °C", "Significado de engenharia": "A média em temperatura elevada sobe ~4%; acima de 150 °C use um CTE específico da faixa", "Fonte": "MIL-HDBK-5J; ASM Handbook Vol. 2" }, { "Material (grau)": "Aluminum 7075-T6", "CTE (µm/m·°C)": "23.6", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Grau aeroespacial; mesmo CTE do 6061 apesar do dobro da resistência de escoamento — simplifica o projeto de fixações de ligas mistas", "Fonte": "matmake.com; arcuscnc.com" }, { "Material (grau)": "Copper C11000 (ETP)", "CTE (µm/m·°C)": "17.0", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Material de barramento e conectores; a incompatibilidade de CTE com o alumínio (23.6) causa fadiga de junta em terminais bimetálicos", "Fonte": "fabdigit.com (C11000-O properties)" }, { "Material (grau)": "Copper C11000 (ETP)", "CTE (µm/m·°C)": "17.0", "Faixa de temperatura": "20–300 °C", "Significado de engenharia": "CTE médio sobre uma faixa ampla; valor de folha de dados do fabricante", "Fonte": "jtcopper.com C11000 datasheet" }, { "Material (grau)": "Brass C36000 (free-cutting)", "CTE (µm/m·°C)": "20.5", "Faixa de temperatura": "20–100 °C (approx.)", "Significado de engenharia": "Liga de cobre de maior usinabilidade; CTE entre cobre e alumínio — relevante para insertos de latão em carcaças de alumínio", "Fonte": "mechcodex.com C36000 thermal table" }, { "Material (grau)": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)", "CTE (µm/m·°C)": "11.6", "Faixa de temperatura": "0–100 °C", "Significado de engenharia": "Aço de base para eixos e engrenagens; CTE cerca da metade do alumínio — juntas aparafusadas alumínio-aço desenvolvem 0.12 mm de diferencial por 100 mm a ΔT = 100 °C", "Fonte": "theworldmaterial.com AISI 1045 physical properties" }, { "Material (grau)": "Carbon steel AISI 1045 (annealed)", "CTE (µm/m·°C)": "12.3", "Faixa de temperatura": "0–200 °C", "Significado de engenharia": "Média em temperatura elevada; sobe com a faixa de temperatura", "Fonte": "theworldmaterial.com AISI 1045" }, { "Material (grau)": "Alloy steel AISI 4140 (normalized)", "CTE (µm/m·°C)": "12.3", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Aço de alta resistência para eixos e árvores; CTE semelhante ao do 1045 — intercambiável em cálculos de tensão térmica", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com" }, { "Material (grau)": "Stainless steel 304/304L", "CTE (µm/m·°C)": "17.3", "Faixa de temperatura": "0–100 °C", "Significado de engenharia": "Inox austenítico expande ~44% mais que o aço carbono; crítico para juntas tubo-espelho de trocadores de calor", "Fonte": "jnalloys.com CTE comparison table" }, { "Material (grau)": "Stainless steel 316/316L", "CTE (µm/m·°C)": "15.9", "Faixa de temperatura": "0–100 °C", "Significado de engenharia": "CTE menor que o do 304 apesar da estrutura austenítica semelhante (adição de molibdênio); preferido para projeto de expansão em tubulações navais", "Fonte": "jnalloys.com CTE comparison table" }, { "Material (grau)": "Stainless steel 17-4PH (H900)", "CTE (µm/m·°C)": "10.8", "Faixa de temperatura": "0–100 °C", "Significado de engenharia": "Aço PH martensítico; CTE mais próximo do aço carbono entre os inoxidáveis — ideal para conexões aeroespaciais de precisão acopladas a estruturas de aço", "Fonte": "xometry.com; alloy-materials.com (20–100 °C)" }, { "Material (grau)": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)", "CTE (µm/m·°C)": "8.6", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Menor CTE entre os metais estruturais comuns; boa combinação com CFRP (0–2) em juntas híbridas aeroespaciais", "Fonte": "arcuscnc.com CTE comparison" }, { "Material (grau)": "Titanium Ti-6Al-4V (Grade 5)", "CTE (µm/m·°C)": "8.8", "Faixa de temperatura": "20–100 °C (approx.)", "Significado de engenharia": "Valor publicado alternativo; a diferença está dentro da incerteza de medição (±2%)", "Fonte": "mechcodex.com Ti-6Al-4V properties" }, { "Material (grau)": "Tool steel P20 (pre-hardened, 28–32 HRC)", "CTE (µm/m·°C)": "11.7", "Faixa de temperatura": "20–100 °C", "Significado de engenharia": "Aço de base de molde; o CTE deve corresponder aos aços dos insertos para evitar trincas por tensão térmica em moldes de injeção durante ciclagem térmica", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 1; firstmold.com (P20 context)" }, { "Material (grau)": "Tool steel H13 (hot-work, 44–52 HRC)", "CTE (µm/m·°C)": "12.0", "Faixa de temperatura": "20–200 °C", "Significado de engenharia": "Aço para matrizes de fundição sob pressão e forjamento; opera a 500–650 °C de temperatura de superfície, então o CTE da faixa elevada importa para os ajustes dos insertos de matriz", "Fonte": "ASM Handbook Vol. 1; metalzenith.com" }, { "Material (grau)": "Delrin / POM (acetal homopolymer)", "CTE (µm/m·°C)": "110", "Faixa de temperatura": "23–60 °C", "Significado de engenharia": "Cerca de 5× o aço; ajustes plástico-metal com interferência afrouxam conforme a temperatura sobe — dimensione a interferência na temperatura máxima de operação", "Fonte": "firstmold.com; DuPont Delrin 500P datasheet" }, { "Material (grau)": "Nylon 6/6 (unfilled, dry-as-molded)", "CTE (µm/m·°C)": "80", "Faixa de temperatura": "23–60 °C", "Significado de engenharia": "Absorção de umidade adiciona expansão higroscópica ao componente térmico; 50% RH eleva a variação dimensional efetiva ~0.2%", "Fonte": "DuPont Zytel 101L datasheet; ASM Handbook Vol. 21" }, { "Material (grau)": "PEEK (unfilled, e.g. Victrex 450G)", "CTE (µm/m·°C)": "47", "Faixa de temperatura": "23–100 °C", "Significado de engenharia": "Menor CTE entre os plásticos de engenharia não reforçados; aproxima-se do alumínio em temperatura elevada — viável para substituição de metal em ambientes com ciclagem térmica", "Fonte": "makerstage.com (citing Victrex); criterionprecision.com (45–55)" }, { "Material (grau)": "PEEK (30% glass-filled, GF30)", "CTE (µm/m·°C)": "27", "Faixa de temperatura": "23–100 °C", "Significado de engenharia": "Reforço de vidro reduz o CTE ~43%; escolhido quando a estabilidade dimensional sob ciclagem térmica é crítica", "Fonte": "makerstage.com PEEK grade comparison (Victrex)" }, { "Material (grau)": "ABS (general purpose, unfilled)", "CTE (µm/m·°C)": "90", "Faixa de temperatura": "23–60 °C", "Significado de engenharia": "CTE alto limita o uso em montagens de precisão; aceitável para carcaças de consumo com folga generosa", "Fonte": "firstmold.com; Cycolac/Terlux datasheets" } ] }, { "caption": "Quando a diferença se torna uma dimensão", "columns": [ "Caso", "Cálculo", "Resultado", "Resposta de projeto" ], "rows": [ { "Caso": "Carcaça de 6061-T6 (CTE 23.6) aparafusada a uma base de aço 1045 (CTE 11.6), padrão de furos de 200 mm, ΔT = 50 °C", "Cálculo": "ΔL(Al) = 23.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 200 × 50", "Resultado": "0.236 mm vs 0.116 mm — 0.120 mm differential", "Resposta de projeto": "Com apenas 0.1 mm de folga nos parafusos, a junta trava a ΔT = 50 °C. Use furos oblongos, folga ≥ 0.3 mm ou arruelas complacentes; para fixações de precisão, construa alumínio com alumínio ou aço com aço." }, { "Caso": "Estrutura de aço (CTE 12.0) aparafusada diretamente a um painel de CFRP (CTE ~1.0 na direção da fibra), vão de 300 mm, ΔT = 80 °C", "Cálculo": "(12.0 − 1.0) × 10⁻⁶ × 300 × 80", "Resultado": "0.264 mm relative slip per cycle", "Resposta de projeto": "Um inserto de Ti-6Al-4V (CTE 8.6) reduz a incompatibilidade para 7.6 µm/m·°C em ambos os lados e reduz o movimento diferencial ~30% — a razão pela qual conexões de titânio dominam os projetos aeroespaciais de juntas compostas." }, { "Caso": "Bucha de Delrin (CTE 110) montada por interferência em uma carcaça de aço (CTE 11.6): OD de 25 mm, interferência de 0.05 mm a 20 °C, serviço a 80 °C", "Cálculo": "ΔL(POM) = 110 × 10⁻⁶ × 25 × 60; ΔL(steel) = 11.6 × 10⁻⁶ × 25 × 60", "Resultado": "0.165 mm vs 0.017 mm — 0.148 mm of interference lost (−0.098 mm, i.e. clearance)", "Resposta de projeto": "O ajuste com interferência vira ajuste deslizante a 80 °C. Calcule a interferência na temperatura máxima de operação, retenha o POM mecanicamente (anéis elásticos, serrilhado) ou troque por PEEK (CTE 47) ou PEEK com carga de vidro (CTE 27)." }, { "Caso": "Peça de 6061 de 500 mm usinada a 30 °C de temperatura da oficina, inspecionada a 20 °C (temperatura de referência ISO 1)", "Cálculo": "23.6 × 10⁻⁶ × 500 × 10", "Resultado": "0.118 mm — reads 500.000 mm at 30 °C, 499.882 mm at 20 °C", "Resposta de projeto": "Para trabalho de ±0.05 mm, esse erro é 2.4× a banda de tolerância: estabilize as peças a 20 °C ± 1 °C antes da inspeção final ou aplique compensação em processo." }, { "Caso": "Base de molde P20 (CTE 11.7) carregando um inserto de núcleo H13 (CTE 12.0), diâmetro de inserto de 100 mm, ΔT = 60 °C, folga projetada de 0.02 mm", "Cálculo": "12.0 × 10⁻⁶ × 100 × 60; 11.7 × 10⁻⁶ × 100 × 60", "Resultado": "0.072 mm vs 0.070 mm — clearance grows only 0.002 mm", "Resposta de projeto": "P20 com H13 é termicamente compatível (incompatibilidade de 0.3 µm/m·°C). Um inserto de cobre-berílio (CTE 16.6) contra P20 perde 0.029 mm de folga no mesmo ΔT — projete insertos de BeCu com margem para a expansão." } ] } ] }