O titânio é um metal de transição brilhante com uma cor prateada, baixa densidade e alta resistência. O titânio é resistente à corrosão na água do mar, água régia e cloro. Em usinas de energia, o titânio pode ser usado em condensadores de superfície. O metal é extraído de seus principais minérios pelos processos Kroll e Hunter. O processo de Kroll envolvia a redução do tetracloreto de titânio (TiCl4), primeiro com sódio e cálcio e depois com magnésio, sob uma atmosfera de gás inerte. O titânio puro é mais forte que os aços comuns de baixo teor de carbono, mas 45% mais leve. Também é duas vezes mais forte que as ligas de alumínio fracas, mas apenas 60% mais pesadas. As duas propriedades mais úteis do metal sãoresistência à corrosão e relação força-densidade, a mais alta de qualquer elemento metálico. A resistência à corrosão das ligas de titânio em temperaturas normais é excepcionalmente alta. A resistência à corrosão do titânio é baseada na formação de uma camada de óxido protetora estável. Embora o titânio “comercialmente puro” tenha propriedades mecânicas aceitáveis e tenha sido usado para implantes ortopédicos e dentários, para a maioria das aplicações o titânio é ligado com pequenas quantidades de alumínio e vanádio, tipicamente 6% e 4%, respectivamente, em peso. Esta mistura tem uma solubilidade sólida que varia drasticamente com a temperatura, permitindo que ela sofra um reforço de precipitação.
Grau 1 Titânio
O titânio comercialmente puro grau 1 é a liga de titânio mais dúctil e mais macia. É uma boa solução para conformação a frio e ambientes corrosivos. Possui a maior conformabilidade, excelente resistência à corrosão e alta tenacidade ao impacto. Devido à sua capacidade de conformação, é comumente disponível como placa e tubo de titânio. Esses incluem:
- processamento químico
- fabricação de clorato
- arquitetura
- indústria médica
- indústria naval
- partes automotivas
- estrutura da fuselagem
Titânio comercialmente puro – Grau 1 em condensadores de vapor
Nas usinas nucleares, o sistema principal do condensador de vapor (MC) é projetado para condensar e desaerar o vapor de exaustão da turbina principal e fornecer um dissipador de calor para o sistema de derivação da turbina. O vapor exaurido das turbinas LP é condensado passando por tubos contendo água do sistema de resfriamento. Esses tubos geralmente são feitos de aço inoxidável, ligas de cobre ou titânio, dependendo de vários critérios de seleção (como condutividade térmica ou resistência à corrosão). Tubos condensadores de titânio são geralmente a melhor escolha técnica, porém o titânio é um material muito caro e o uso de tubos condensadores de titânio está associado a custos iniciais muito altos. O titânio, em particular, pode trazer grandes melhorias, como velocidades de água mais altas, promovendo melhores coeficientes de calor, excelente resistência à abrasão, erosão e corrosão, melhorando assim a resistência à incrustação. Os tubos são em sua maioria tubos soldados de ASTM SB 338 grau 1 feitos em uma linha de fabricação contínua. Este titânio comercialmente puro é o titânio mais macio e tem a maior ductilidade. Possui boas características de conformação a frio e excelente resistência à corrosão. Também possui excelentes propriedades de soldagem e alta tenacidade ao impacto. Todas as operações de fabricação (soldagem, recozimento,
Tipos de Ligas de Titânio
O titânio existe em duas formas cristalográficas. À temperatura ambiente, o titânio não ligado (comercialmente puro) tem uma estrutura cristalina hexagonal compactada (hcp) referida como fase alfa (α). Quando a temperatura do titânio puro atinge 885°C (chamada de temperatura β transus do titânio), a estrutura do cristal muda para uma estrutura CCC conhecida como fase beta (β). Os elementos de liga aumentam ou diminuem a temperatura para a transformação α-para-β, de modo que os elementos de liga no titânio são classificados como estabilizadores α ou estabilizadores β. Por exemplo, vanádio, nióbio e molibdênio diminuem a temperatura de transformação α-para-β e promovem a formação da fase β.
- Ligas Alfa. As ligas alfa contêm elementos como alumínio e estanho e são preferidas para aplicações de alta temperatura por causa de suas características de fluência superiores. Esses elementos estabilizadores α funcionam inibindo a mudança na temperatura de transformação de fase ou fazendo com que ela aumente. A ausência de uma transição dúctil para frágil, uma característica das ligas β, torna as ligas α adequadas para aplicações criogênicas. Por outro lado, não podem ser reforçadas por tratamento térmico porque alfa é a fase estável e, portanto, não são tão resistentes quanto as ligas beta.
- Ligas Beta. As ligas beta contêm elementos de transição, como vanádio, nióbio e molibdênio, que tendem a diminuir a temperatura da transição de fase α para β. As ligas beta têm excelente temperabilidade e respondem prontamente ao tratamento térmico. Esses materiais são altamente forjáveis e exibem alta tenacidade à fratura. Por exemplo, a resistência à tração final da liga de titânio de alta resistência – TI-10V-2Fe-3Al é de cerca de 1200 MPa.
- Liga Alfa + Beta. As ligas alfa + beta possuem composições que suportam uma mistura de fases α e β e podem conter entre 10 e 50% de fase β em temperatura ambiente. A liga α + β mais comum é Ti-6Al-4V. A resistência dessas ligas pode ser melhorada e controlada por tratamento térmico. Os exemplos incluem: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb.
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