Crescente demanda por ligas de alto desempenho no setor aeroespacial

Visão geral

Espera-se que o aumento dos gastos com materiais avançados no setor industrial, por serem capazes de melhorar a funcionalidade, aumentar a capacidade de sobrevivência e induzir baixos custos do ciclo de vida, continue a ser uma tendência chave. Portanto, o potencial dos materiais avançados, nomeadamente ligas de alto desempenho, não poderia ser ignorado no setor aeroespacial e de defesa a nível global. Embora os OEMs ainda prefiram o alumínio na fabricação de aeronaves, materiais avançados, como ligas de alto desempenho, vêm ganhando impulso entre os engenheiros devido às suas propriedades superiores de resistência ao calor, excelente resistência e manutenção da estabilidade dimensional em temperaturas mais altas do que outros materiais.

Espera-se que a facilidade das restrições pós-COVID-19, juntamente com a crescente disponibilidade para pagar passagens aéreas entre os millennials, leve os participantes da indústria que operam no setor aeroespacial e de defesa a abrir novos caminhos. Além disso, as consequências da guerra Rússia-Ucrânia criaram uma nova equação geopolítica em todo o mundo. Espera-se que a maioria dos governos, desde o mundo ocidental até às economias emergentes, como a China e a Índia, aumentem os gastos para melhorar a sua capacidade de produção nacional no sector aeroespacial e de defesa. Portanto, prevê-se que tais sentimentos positivos no sector aeroespacial e de defesa abram caminho à incorporação de materiais avançados, nomeadamente ligas de alto desempenho, nos próximos anos.

O que são ligas de alto desempenho?

Ligas ou superligas de alto desempenho encontram aplicações porque exibem propriedades superiores, como excelente resistência mecânica, resistência superior à deformação por fluência térmica, estabilidade superficial e indução de resistência à corrosão. Esses materiais foram desenvolvidos para uso em turbocompressores de motores a pistão de aeronaves. Com o advento de novas tecnologias, as superligas evoluíram como uma das principais matérias-primas para a produção de componentes de motores de turbinas aeroespaciais e marítimas. A crescente aceitação destes materiais especiais é atribuída à crescente conscientização no sentido de induzir medidas na indústria aeroespacial para proteger contra a exposição a ambientes oxidantes severos e temperaturas extremas por períodos razoáveis.

Ligas de alto desempenho estão disponíveis nas categorias de níquel, ferro e cobalto. Algumas das principais variantes de produtos disponíveis incluem ligas Inconel, Hastelloy, Rene, Waspaloy, Incoloy e TMS. Excelente resistência contra oxidação e corrosão durante altas temperaturas é uma das principais características que abrem caminho para que engenheiros do setor aeroespacial prefiram ligas de alto desempenho.

A fluência é um fator chave ao longo da vida que afeta o desempenho e a durabilidade dos componentes da estrutura aeronáutica, como as pás das turbinas a gás. As ligas de alto desempenho consistem em metais cúbicos de face centrada (BCC), nomeadamente cobalto, ferro e níquel, que podem possuir resistência superior à fluência em altas temperaturas. Portanto, prevê-se que os OEMs aeroespaciais prefiram essas formas de produto para limitar o impacto negativo da fluência.

Nos últimos anos, as ligas de alto desempenho à base de níquel ganharam espaço de mercado suficiente no setor aeroespacial devido à sua capacidade de operar em altas temperaturas na faixa de 800-1000 graus. Essas variantes de produtos à base de níquel são compostas de materiais de cromo, ferro, titânio e cobalto. Espera-se que tal fusão de vários materiais numa única forma de produto promova a utilização na fabricação de vários componentes aeroespaciais, nomeadamente pás de turbinas de alta pressão, discos, câmara de combustão, pós-combustores e reversores de empuxo.

Cenário do Setor Aeroespacial

O setor aeroespacial global tem testemunhado um crescimento devido à crescente procura de viagens de passageiros após o levantamento das restrições da COVID-19, juntamente com o aumento dos gastos em encomendas de novas aeronaves militares por vários governos nacionais. Em 2023, as remessas anuais globais de aeronaves foram estimadas em mais de 5.000, com um valor superior a 1,5 trilhão de dólares. Espera-se que as necessidades de aeronaves atinjam um total de mais de 40.000 nos próximos 20 anos, com uma avaliação estimada de 8,1 mil milhões de dólares. A indústria aeroespacial está dividida em cinco produtos principais: aeronaves da aviação civil, aeronaves privadas de passageiros, aeronaves militares, helicópteros e aeronaves a hélice. Entre essas principais variantes de produtos, as aeronaves civis e militares são os principais contribuintes na posição de comando para decidir o movimento da indústria aeronáutica em nível global.

Ao longo dos últimos anos, o setor aeroespacial tem testemunhado os seguintes desenvolvimentos que irão impulsionar a produção de aeronaves comerciais e de defesa num futuro próximo:

• Em junho de 2023, a GE Aerospace assinou um Memorando de Entendimento (MoU) com a Hindustan Aeronautics Limited (HAL) para produzir motores de caça a jato de 98 quilonewtons de empuxo para a Força Aérea Indiana. Este motor irá alimentar aeronaves leves de combate (LCA) Mark II e provavelmente será comercializado até o final de 2024
• Em abril de 2023, a Airbus assinou um acordo para a expansão da montagem final da família de aeronaves A320 com a Tianjin Free Trade Zone Investment Company Ltd. e a Aviation Industry Corporation of China Ltd. mês
• Em janeiro de 2023, a Boeing anunciou planos para adicionar uma nova linha de produção do 737 MAX em Everett, Washington, até meados de 2024. Além disso, a empresa também planeja aumentar a produção em 50 unidades por mês no período de 2025 a 2026.
• Em dezembro de 2022, o governo do Japão anunciou planos para desenvolver caças de próxima geração com a cooperação do Reino Unido e da Itália. Este plano desempenhará um papel fundamental na substituição da frota envelhecida de F2 dos EUA pelo caça a jato Mitsubishi FX. Espera-se que este acordo desempenhe um papel fundamental no combate às crescentes afirmações da China na região Indo-Pacífico
• Em novembro de 2022, o Ministério da Defesa da Rússia revelou a planejada expansão da capacidade de produção de aeronaves multifuncionais de quinta geração denominadas Su-57
• Em outubro de 2022, o governo da Índia lançou as bases da fábrica de aeronaves C-295 em Gujarat, na Índia. Esta instalação fabricará 40 aeronaves C-295 para a Força Aérea Indiana como parte da colaboração entre a Airbus Defence and Space, com sede na Espanha, e a Tata Advanced Systems Limited.
• Em maio de 2022, o primeiro jato de passageiros fabricado na China completou seu primeiro voo comercial. A Corporação de Aviação Comercial da China (Comac) desenvolveu este jato de passageiros sob a marca C919, com capacidade estimada para 130 passageiros. A empresa revela que mais de 1.200 jatos C919 foram encomendados. Além disso, a Comac está planejando construir aeronaves com capacidade planejada de 150 unidades por ano durante os próximos cinco anos.
• Em março de 2022, a Lockheed Martin anunciou planos para investir mais de mil milhões de dólares na indústria aeroespacial da Arábia Saudita. Este plano facilitará as iniciativas de produção, I&D e MRO (manutenção, reparação e operações) na Arábia Saudita e, assim, por sua vez, promoverá a expansão da indústria aeroespacial a nível nacional.

O amplo uso de materiais aeroespaciais e de defesa pode ser atribuído ao cumprimento dos requisitos ambientais e de custo para aeronaves leves, juntamente com os requisitos de manutenção para integridade estrutural. O tamanho do mercado de materiais aeroespaciais e de defesa é avaliado em US$ 30,52 bilhões até 2028 e deverá crescer a uma taxa de 4,10% para o período de previsão de 2021 a 2028.

Para saber mais sobre o estudo, acesse https://www.databridgemarketresearch.com/pt/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market

Ligas de alto desempenho no setor aeroespacial

O setor aeroespacial respondeu por mais de 50% do mercado global de ligas de alto desempenho em 2022. As superligas são utilizadas em diversas aeronaves, nomeadamente aeronaves comerciais, aviões de carga, jatos executivos e aeronaves militares. A maioria dos OEMs aeroespaciais prefere o uso de ligas de alto desempenho em motores turbofan devido à excelente resistência térmica e proteção superior contra corrosão. Além disso, estas ligas ganharam aceitação ao longo dos últimos anos em aplicações, nomeadamente, componentes estruturais e de fixação de fuselagem e pás de turbinas.

Tabela: Ligas de alto desempenho comumente usadas

Por que ligas de alto desempenho?

Ligas de alto desempenho são preferidas na fabricação de vários componentes de estruturas aeroespaciais, pois têm a capacidade de apresentar as seguintes características e benefícios principais:-

• Excelente resistência à fluência

Fluência é um modo de falha onde um componente se deforma a um nível de tensão abaixo de sua resistência à tração final. Formas de produtos de alto desempenho podem permitir que as pás da turbina operem com extrema geração de calor e uma grande carga de força centrípeta. Antes da introdução de ligas de alto desempenho na indústria aeroespacial, o uso extensivo de materiais não resistentes à fluência resultava no não alongamento das pás da turbina durante a rotação, causando assim interferência nas carcaças do motor.

• Resistência térmica superior

As turbinas a jato podem gerar altos níveis de empuxo na compressão do ar de admissão e do combustível. Portanto, a extensa potência do motor pode ser produzida como resultado da alta compressão que, por sua vez, aumenta o nível de geração de calor. Ligas de alto desempenho são úteis na indução de altas pressões de combustão, aumentando significativamente a eficiência do motor

• Endurecimento por precipitação

Ligas de alto desempenho têm a capacidade de formar microestruturas de equilíbrio bifásico, o que influencia a capacidade dos elementos de liga se organizarem e fornecerem proteção contra diferentes modos de falha.

Tipos de ligas de alto desempenho

Ligas à base de níquel

• Hastelloy: - Essas ligas de níquel são uma combinação de cromo e molibdênio, que ajudam a apresentar resistência superior à corrosão, boa soldabilidade e excelente resistência a ácidos. Uma de suas variantes, a saber, Hastelloy X, tem sido utilizada na indústria aeroespacial há mais de 50 anos porque oferece excelentes propriedades como temperatura, oxidação e resistência à carburação. Essas variantes ajudam a resistir à fissuração por tensão devido à oxidação e a manter a ductilidade durante a exposição a temperaturas de até 1.600° F. Como resultado, os OEMs de aeronaves preferem o Hastelloy X para uso em turbinas de motores, tubos de escape e outras peças de aeronaves.

A Data Bridge Market Research analisa que o mercado global de ligas de níquel deverá atingir um valor de US$ 19.370.672,30 mil até 2030, com um CAGR de 5,59% durante o período de previsão de 2023 a 2030. O relatório de mercado também abrange de forma abrangente análise de preços, análise de patentes. e avanços tecnológicos.

Para saber mais sobre o estudo, acesse https://www.databridgemarketresearch.com/pt/reports/global-nickel-alloy-market

Inconel:-Essas formas de produtos à base de níquel são uma combinação de cromo e ferro, que são usados ​​para fornecer proteção contra corrosão em altas temperaturas. O Inconel está disponível nas variantes Inconel 625 e Inconel 718, comumente usadas na indústria aeroespacial. Tais variantes são utilizadas em aplicações aeroespaciais de alta temperatura, nomeadamente bicos de combustível, anéis de pós-combustão e outros componentes do motor. A utilização eficaz do Inconel resulta na resistência à corrosão devido a fluidos de jato e outros líquidos. Além disso, o Inconel tem sido usado em foguetes e embarcações de exploração espacial nos últimos anos.

Ligas à base de cobre: ​​-Ligas de alto desempenho à base de cobre são utilizadas por apresentarem excelentes propriedades mecânicas e trabalhabilidade. Algumas das propriedades estão listadas abaixo: -

• Excelente resistência térmica em comparação com ligas à base de níquel
• Proteção superior contra corrosão
• Boa resistência à fadiga térmica em altas temperaturas
• Melhor soldabilidade

Ligas à base de ferro: -As superligas à base de ferro podem apresentar as seguintes características: -

• Excelente resistência ao desgaste em comparação com equivalentes de níquel
• Resistência superior à fluência
• Boa soldabilidade
• Excelente usinabilidade

Perspectivas de fabricação de ligas de alto desempenho

Nos últimos anos, o processamento de superligas foi transformado do método convencional de fundição para tecnologias avançadas, nomeadamente fundição solidificada direcionalmente e fundição de crosta única. A fundição solidificada direcionalmente funciona de forma que os moldes sejam projetados para incorporar uma face interna, considerada mais fria em relação aos demais materiais. Este processo é executado usando trocadores de calor resfriados a água. A capacidade desse processo de fundição de controlar a direção dos limites dos grãos abre caminho para que os engenheiros dos OEMs aeroespaciais projetem os componentes em direções específicas. Como resultado, a fundição solidificada direcionalmente é preferida para ser implantada na produção de componentes de motores de turbina a jato.

Por outro lado, a fundição de monocristais não é apenas considerada uma versão improvisada do processo diretamente solidificado, pois a primeira pode eliminar problemas como escorregamento, cavitação e inclusões causadas por contornos de grão. Além disso, o processo de cristal único tem a capacidade de induzir a resistência à fluência nos componentes fabricados para componentes de aeronaves. Portanto, projeta-se que os OEMs aeroespaciais prefiram processos de fundição de cristal único devido à crescente aceitação da resistência à fluência como parâmetro chave para avaliar a qualidade de componentes para aeronaves comerciais e de passageiros.

Aeronaves de próxima geração: uma nova oportunidade

Espera-se que a mudança na inclinação para enfatizar quatro pilares, nomeadamente, economia, ambiente, eletrificação e eficiência, entre os OEM de aeronaves, incluindo Boeing e Airbus, promova o alcance das aeronaves da próxima geração. Por exemplo, em maio de 2021, a Airbus anunciou planos para desenvolver o Next Generation A322 com comprimento total de aeronave de até 50 metros. A resistência à fluência da aeronave e a proteção contra altas temperaturas são atributos-chave que desempenham um papel fundamental no aumento da eficiência geral das variantes da próxima geração de aeronaves. Como resultado, as ligas de alto desempenho são preferidas pelos OEMs no setor aeroespacial como materiais avançados para a produção de vários componentes, nomeadamente motores e revestimentos de pás de aeronaves da próxima geração, para que possam ser induzidas uma melhor proteção térmica e excelente resistência à fluência.

Concorrência e resposta dos fabricantes à indústria aeroespacial

A maioria das empresas fabricantes de ligas de alto desempenho dedicaram seus produtos direcionados ao setor aeroespacial. A indústria é penetrada por players internacionais e regionais que utilizam parcerias estratégicas para manter sua participação no mercado. Os principais fabricantes incluem Alcoa Inc.; Hitachi Metals Ltd.; Outokumpu; Allegheny Technologies Incorporada; Haynes International Inc.; Tecnologia de Carpinteiro; e VSMPO-Avisma Corporation.

Algumas das novas empresas estão a ganhar espaço no mercado através do lançamento de produtos inovadores. Por exemplo, em setembro de 2019, a Digital Metal AB, com sede na Suécia, lançou uma nova liga de alto desempenho impressa em 3D com jato de dois ligantes, destinada a ambientes extremos. Estes produtos estão disponíveis na preposição DM 247 e DM 625, com uma excepcional tecnologia de jato de ligante que evita esses problemas através da impressão em temperatura ambiente sem aplicação de calor. O DM 247 é derivado do MAR M247, que tem utilidade para a produção de pás de turbinas e outras aplicações aeroespaciais em temperaturas extremas. Por outro lado, o DM 625 é da classe Inconel com aplicação nos segmentos de água do mar, equipamentos de processamento químico, nuclear e aeroespacial.

Com o advento da produção aditiva a nível global, espera-se que as empresas fabricantes de ligas de alto desempenho invistam na formação de alianças estratégicas com fornecedores de aditivos, para que as categorias de produtos da próxima geração sejam introduzidas em breve. Além disso, a maioria dos cientistas do setor aeroespacial acredita que as ligas de alto desempenho são adequadas para impressão 3D. Portanto, projeta-se que os OEMs de fabricação de aeronaves utilizem a combinação perfeita de tecnologia de ligantes exclusiva e USP de superligas em uma categoria de produto único.

A Data Bridge Market Research analisa que o mercado está crescendo com um CAGR de 20,9% no período de previsão de 2023 a 2030 e deverá atingir US$ 91.853,88 milhões até 2030. O principal fator que impulsiona o crescimento do mercado de fabricação aditiva é a crescente demanda. para componentes leves das indústrias automotiva e aeroespacial.

Para saber mais sobre o estudo, https://www.databridgemarketresearch.com/pt/reports/global-additive-manufacturing-market

Nos últimos anos, os institutos de investigação do sector aeroespacial têm aumentado os gastos no desenvolvimento de superligas de próxima geração para a produção de aeronaves. Por exemplo, em fevereiro de 2020, a NASA anunciou o desenvolvimento de uma superliga à base de níquel, utilizando elementos de liga específicos que limitam a deformação prejudicial a temperaturas superiores a 700°C. Essas ligas de alto desempenho à base de níquel utilizam composição de metalurgia do pó (PM), limitando a deletéria gama-prima para a transformação de fase gama e induzindo falhas de empilhamento durante a deformação por fluência. É bem conhecido que os materiais nas estruturas das aeronaves tendem a deformar-se plasticamente sob carga durante altas temperaturas. Como resultado, estas formas de produtos de alto desempenho são consideradas materiais superiores resistentes à fluência, que desempenham um papel crucial na melhoria do desempenho dos motores de aeronaves.

Conclusão

Espera-se que os elevados gastos com materiais avançados para reduzir os gastos totais com manutenção, juntamente com a introdução de aeronaves de nova geração, promovam o escopo de ligas de alto desempenho nos próximos anos. Além disso, espera-se que os gastos crescentes na incorporação de novas tecnologias, nomeadamente tecnologia de impressão 3D, abram caminho para que os OEM do sector aeroespacial possam sinergizá-los com as melhores qualidades de superligas e desenvolver componentes inovadores para aeronaves comerciais e militares.

Espera-se que o extenso investimento inicial necessário para a incorporação, juntamente com a usinagem limitada de ligas de alto desempenho em vários formatos, represente um desafio importante para os compradores que operam no segmento de OEMs aeroespaciais. Além disso, espera-se que a volatilidade nos preços das matérias-primas dos metais, devido à dinâmica flutuante da oferta dos destinos produtores de metais de níquel, alumínio, cobre e ferro, represente um desafio fundamental para garantir o acesso de ligas de alto desempenho para o setor aeroespacial no futuro próximo.

A Data Bridge Market Research analisa que o mercado de ligas de alto desempenho deverá passar por um CAGR de 5,80% de 2023 a 2030. Além dos insights sobre cenários de mercado, como valor de mercado, taxa de crescimento, segmentação, cobertura geográfica e grandes players, os relatórios de mercado com curadoria da Data Bridge Market Research também incluem análises especializadas aprofundadas, produção e capacidade da empresa representada geograficamente, layouts de rede de distribuidores e parceiros, análise detalhada e atualizada de tendências de preços e análise de déficit da cadeia de suprimentos e demanda.

Para obter uma visão detalhada do mercado, visite https://www.databridgemarketresearch.com/pt/reports/global-high-performance-alloys-market