O que são Graus de Titânio – Titânio Puro e Ligas – Definição

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 são resistência 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.

As ligas de titânio são metais que contêm uma mistura de titânio e outros elementos químicos. Essas ligas têm resistência à tração e tenacidade muito altas (mesmo em temperaturas extremas). Eles são leves, têm extraordinária resistência à corrosão e a capacidade de suportar temperaturas extremas.

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.

Graus de Titânio

O titânio puro e suas ligas são comumente definidos por seus graus definidos pelo padrão ASTM International. Em geral, existem quase 40 graus de titânio e suas ligas. A seguir está uma visão geral das ligas de titânio e graus puros mais freqüentemente encontrados, suas propriedades, benefícios e aplicações industriais.

• Grau 1. 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
• Grau 2. O titânio comercialmente puro grau 2 é muito semelhante ao grau 1, mas tem maior resistência do que o grau 1 e excelentes propriedades de conformação a frio. Ele fornece excelentes propriedades de soldagem e tem excelente resistência à oxidação e corrosão. Este grau de titânio é o grau mais comum da indústria de titânio comercialmente puro. É a escolha principal para muitos campos de aplicações:
  • Aeroespacial
  • Automotivo
  • Processamento químico e fabricação de clorato
  • Dessalinização
  • Geração de energia
• Grau 5 – Ti-6Al-4V. Grau 5 é a liga mais comumente usada e é uma liga alfa + beta. A liga de grau 5 é responsável por 50% do uso total de titânio em todo o mundo. Tem uma composição química de 6% de alumínio, 4% de vanádio, 0,25% (máximo) de ferro, 0,2% (máximo) de oxigênio e o restante de titânio. Geralmente, o Ti-6Al-4V é usado em aplicações de até 400 graus Celsius. Tem uma densidade de aproximadamente 4420 kg/m³. É significativamente mais forte que o titânio comercialmente puro (graus 1-4) devido à possibilidade de ser tratado termicamente. Esta classe é uma excelente combinação de força, resistência à corrosão, solda e capacidade de fabricação. É a escolha principal para muitos campos de aplicações:
  • Turbinas de aeronaves
  • Componentes do motor
  • Componentes estruturais de aeronaves
  • Fechos aeroespaciais
  • Peças automáticas de alto desempenho
  • Aplicações marítimas
• Grau 23 – Ti-6Al-4V-ELI. Ti-6Al-4V-ELI ou TAV-ELI é a versão de maior pureza do Ti-6Al-4V. ELI significa Extra Low Intersticial. A diferença essencial entre Ti6Al4V ELI (grau 23) e Ti6Al4V (grau 5) é a redução do teor de oxigênio para 0,13% (máximo) no grau 23. Os elementos intersticiais reduzidos oxigênio e ferro melhoram a ductilidade e a resistência à fratura com alguma redução na resistência. É a melhor escolha para qualquer tipo de situação em que seja necessária uma combinação de alta resistência, peso leve, boa resistência à corrosão e alta tenacidade. Este grau de titânio, grau médico de titânio, é usado em aplicações biomédicas, como componentes implantáveis, devido à sua biocompatibilidade, boa resistência à fadiga e baixo módulo.

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Veja acima:
Ligas de titânio