Ligas de titânio

As ligas de titânio são ligas 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, possuem extraordinária resistência à corrosão e capacidade de suportar temperaturas extremas.

Resistência à corrosão
Quando exposto ao ar, uma fina camada de óxido se forma na superfície do titânio. Esta camada é muito difícil de penetrar pela maioria dos materiais. Como tal, o titânio demonstra uma resistência fantástica à corrosão – e não sofrerá alterações adversas (ou seja, corrosão, fissuras) devido a substâncias corrosivas.
Quer seja utilizado no interior ou no exterior, durará muitos anos – tornando-o uma excelente escolha para edifícios e aplicações marítimas, onde estará continuamente exposto à água do mar e à chuva.

Força
Uma das maiores vantagens do titânio é a sua resistência. Não só é um dos metais mais fortes do planeta (rivalizando até com o aço!), como também tem a maior relação resistência-densidade de qualquer elemento metálico da tabela periódica. Isso o torna uma opção popular em muitas profissões.
Além do mais, por ter baixa densidade, o titânio também é incrivelmente leve.
Para colocar isto em perspectiva, o titânio tem uma gravidade específica de 4,5 – que é aproximadamente 40% mais leve que uma quantidade igual de cobre e 60% mais leve que uma quantidade igual de ferro. Esta é uma das razões pelas quais é frequentemente utilizado na indústria aeroespacial e na criação de estruturas estruturais.

Não tóxico
Metais como ferro, aço e alumínio podem ser tóxicos para os humanos.
Por outro lado, o titânio é biocompatível. É totalmente atóxico para humanos e animais (em parte devido ao fato de ser resistente à corrosão) – e, como resultado, pode ser implantado com segurança no corpo sem causar reações adversas. É por isso que o titânio é comumente usado na indústria médica (por exemplo, para fortalecer permanentemente ossos quebrados) e em implantes dentários.

Baixa Expansão Térmica
O titânio tem um baixo coeficiente de expansão térmica.
Essencialmente, isso significa que, em comparação com a maioria dos outros materiais de fabricação, ele não se expandirá nem se contrairá tanto sob temperaturas extremas. Na verdade, ele se expande aproximadamente 50% menos que o aço e, portanto, proporciona uma estabilidade estrutural muito maior.
Este recurso é especialmente útil ao criar uma superestrutura que requer uma estrutura rígida, porém leve. Também torna o titânio adequado para aplicações de construção onde a segurança contra incêndio é fundamental (por exemplo, arranha-céus).

Alto ponto de fusão
Este é um dos principais benefícios do titânio. Demonstra um ponto de fusão excepcionalmente alto (cerca de 1668 graus) e, como tal, é perfeito para uso em aplicações de alta temperatura. Por exemplo, é o metal preferido para fundições, motores a jato de turbina e até mesmo alguns satélites.
Vale ressaltar que esta vantagem é potencializada devido à baixa expansão térmica mencionada acima.

Excelentes possibilidades de fabricação
Apesar de sua resistência, o titânio é um metal refratário relativamente macio e dúctil. Como tal, pode ser facilmente usinado e fabricado para criar uma ampla gama de peças e componentes metálicos. Devido à sua resistência à oxidação, também pode ser soldado ao ar livre e por costura, sem a necessidade de qualquer tipo de agente de fluxo - e a zona de solda não necessitará de qualquer forma de proteção adicional.

Ligas Alfa
As ligas alfa são ligas de titânio que são ligadas apenas propositalmente com oxigênio. Embora outros componentes, como carbono e ferro, possam ser encontrados em pequenas quantidades, eles existem apenas como impurezas. Como elemento de liga intersticial, o oxigênio aumenta significativamente a resistência e diminui a ductilidade. As indústrias química e de engenharia são as principais usuárias de ligas alfa.
Aqui, o excelente comportamento à corrosão e a deformabilidade são mais importantes do que a alta resistência (específica). A principal diferença entre os graus de titânio comercialmente puro (cp) é a concentração de oxigênio.

Ligas Quase Alfa
Ligas quase alfa de titânio são as ligas de alta temperatura mais comuns. Esta classe de liga é apropriada para altas temperaturas porque combina o comportamento superior de fluência das ligas alfa com a alta resistência das ligas alfa + beta. No entanto, a sua temperatura máxima de trabalho está agora limitada a 500 a 550 ºC.

Ligas Beta e Quase Beta
As ligas beta são outro tipo de material de titânio. Os fabricantes criam todas as ligas de titânio adicionando elementos estabilizadores beta suficientes ao titânio. Esses materiais estão disponíveis há muitos anos, mas só recentemente ganharam popularidade. Eles são mais facilmente trabalháveis ​​a frio do que ligas alfa-beta, tratáveis ​​termicamente com altas resistências e alguns têm melhor resistência à corrosão do que classes comercialmente puras.

Ligas Alfa e Beta
Estes são tipicamente materiais de média a alta resistência com resistência à tração variando de 620 a 1250 MPa e resistência à fluência variando de 350 a 400 graus. Além das propriedades de tração, eles também apresentam características de fadiga de ciclo baixo e alto e resistência à fratura.
Como resultado, as pessoas desenvolveram procedimentos termomecânicos e de tratamento térmico para garantir que as ligas fornecessem um equilíbrio ideal de propriedades mecânicas para diversas aplicações.

Prevenção de irritação
A escoriação não só causa desgaste excessivo no titânio, mas também pode resultar em corrosão acelerada através da ação de atrito. A lubrificação simples, usando grafite ou dissulfeto de molibdênio, geralmente é suficiente para superar o desgaste. É, portanto, possível usar titânio para peças móveis ou para peças em contato deslizante consigo mesmo ou com outros metais com cargas leves a moderadas. Cargas mais pesadas, por outro lado, requerem superfícies de titânio endurecidas. São utilizadas técnicas de endurecimento comercialmente disponíveis, como pulverização de plasma, implantação iônica, anodização ou nitretação, ou técnicas de revestimento, como galvanoplastia com cromo duro ou pulverização por chama de carboneto de tungstênio e outros materiais duros e resistentes ao desgaste.
Tais tratamentos de superfície possuem as qualidades exigidas de boa aderência, além de resistência ao desgaste e ao desgaste. Contudo, deve-se considerar cuidadosamente a compatibilidade da superfície tratada com o ambiente corrosivo ao qual será exposta.

Limpeza de equipamentos de titânio
A eficiência das superfícies de titânio geralmente pode ser mantida sem procedimentos de limpeza elaborados. Geralmente não há necessidade de limpeza para proteção contra corrosão, como às vezes é necessário com o aço inoxidável, nem a fina película superficial de óxido se combina de forma alguma com a água de resfriamento para formar depósitos minerais pesados, como às vezes ocorre em ligas à base de cobre.
A incrustação marinha nas superfícies do trocador de calor às vezes é controlada pela injeção de cloro. As superfícies de titânio não são afetadas por tais tratamentos. A tubulação do condensador de superfície de titânio também é mantida limpa desta forma, bem como por sistemas de limpeza contínua utilizando bolas de borracha ou escovas de náilon, sem efeitos deletérios.

Limpeza ácida
Às vezes é necessária a limpeza ácida de superfícies de titânio para remover depósitos. Ciclos convencionais de limpeza com ácido podem ser usados ​​desde que os inibidores adequados estejam presentes. Inibidores orgânicos, como aminas de filmagem, não são eficazes com titânio. O íon férrico como cloreto férrico é muito eficaz como inibidor do titânio em soluções ácidas. Apenas 0,1 por cento (em peso) de cloreto férrico inibirá a corrosão do titânio pelo ácido clorídrico, por exemplo. Em temperaturas ambientes, até 25% (em peso) de HCl inibido com FeCl3 podem ser usados ​​com segurança em titânio.
O ácido nítrico é um excelente agente passivante para titânio e pode ser usado sozinho ou com ácido clorídrico para limpar superfícies de titânio.

Limpeza de escova
O uso de escovas de aço carbono para remover depósitos de titânio não é recomendado. Da mesma forma, canos ou tubos de aço carbono não devem ser usados ​​para limpar tubos de titânio obstruídos. A coleta de partículas de ferro incrustadas ou manchadas no aço pode tornar o titânio suscetível à corrosão quando a unidade for colocada novamente em serviço. Escovas e tubos de aço inoxidável ou titânio são preferidos. A utilização cuidadosa das propriedades exclusivas do titânio proporcionará muitos anos de serviço livre de manutenção para equipamentos fabricados. A aplicação incorreta de titânio, o uso de procedimentos de limpeza inadequados e outros abusos podem levar ao fracasso. Por outro lado, o uso cuidadoso de algumas medidas preventivas, particularmente aquelas relacionadas com a resistência à corrosão e ao desgaste, pode prolongar significativamente a vida útil dos equipamentos de titânio.

Requisitos de aplicação
O principal fator na seleção de uma liga de titânio é a aplicação pretendida. Esteja você trabalhando na indústria aeroespacial, médica, automotiva ou em qualquer outro setor, as propriedades mecânicas e químicas da liga devem estar alinhadas às demandas do seu projeto. Por exemplo, Ti-6Al-4V (Grau 5) é uma escolha popular para componentes aeroespaciais devido à sua alta resistência e resistência à corrosão.

Força e Peso
O titânio é valorizado pela sua excepcional relação resistência/peso. Diferentes ligas oferecem níveis variados de resistência, algumas superando a resistência de muitas ligas de aço. Equilibrar força e peso é crucial em aplicações como equipamentos esportivos e próteses.

Resistência à corrosão
A resistência à corrosão do titânio é lendária. Suas ligas são utilizadas em ambientes agressivos onde a corrosão é uma preocupação, como aplicações marítimas e processamento químico. Ti-6Al-4V e Ti-6Al-4V ELI são conhecidos por sua excepcional resistência à corrosão.

Resistência à temperatura
Em aplicações que envolvem temperaturas extremas, como motores a jato ou trocadores de calor, você deve escolher uma liga que possa suportar as condições. Ligas como Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI e Ti-5Al-2.5Sn oferecem excelente desempenho de temperatura.

Fabricação e Usinabilidade
Considere a facilidade de fabricação e usinabilidade ao selecionar uma liga de titânio. Algumas ligas podem ser difíceis de trabalhar, enquanto outras são mais fáceis de usar, dependendo do seu processo de fabricação.

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