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.
Ligas Alfa-Beta 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.
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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