O titânio é um metal cuja demanda está aumentando. Isso ocorre porque possui excelente resistência à corrosão e uma ampla gama de propriedades mecânicas desejáveis. Para aproveitar as propriedades únicas do titânio, os fabricantes adicionam quantidades menores de outros elementos ao titânio puro para alterar as propriedades físicas do metal.
Portanto, existem muitos tipos de ligas de titânio para escolher, pois oferecem diferentes propriedades e custos. Neste artigo, discutimos as diferentes classificações de ligas de titânio e as aplicações de cada uma dessas classificações.
Classificação de ligas de titânio por estrutura
Microestrutura é um método para classificar ligas de titânio. A estrutura desses tipos de ligas de titânio depende da composição da liga e do processo de fabricação.
Ligas alfa
As ligas alfa são ligas de titânio que são ligadas apenas seletivamente ao oxigênio. Outros componentes, como carbono e ferro, estão contidos em pequenas quantidades, mas ocorrem apenas como impurezas. Como elemento de liga intersticial, o oxigênio aumenta significativamente a resistência e reduz a ductilidade. As ligas alfa são usadas principalmente nas indústrias de engenharia química e mecânica.
Aqui, o bom 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
As ligas de titânio quase alfa são as ligas de alta temperatura mais comuns. Esta classe de ligas é adequada para altas temperaturas porque combina o comportamento superior de fluência das ligas alfa com a alta resistência das ligas alfa e 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 fabricam 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 fáceis de trabalhar a frio do que as ligas alfa-beta, podem ser tratados termicamente com altas resistências e alguns têm melhor resistência à corrosão do que as classes comercialmente puras.
Ligas Alfa e Beta
Estes são normalmente materiais de média a alta resistência, com resistência à tração de 620 a 1250 MPa e resistência à fluência de 350 a 400 °C. Além das propriedades de resistência à tração, eles também apresentam resistência à fadiga de ciclo baixo e alto e propriedades de tenacidade à fratura.
Portanto, processos termomecânicos e processos de tratamento térmico foram desenvolvidos para garantir que as ligas tenham um equilíbrio ideal de propriedades mecânicas para diversas aplicações.
Classificação de ligas de titânio por resistência
Ao projetar uma peça ou produto, é importante compreender as propriedades de resistência do material para o projeto e seleção do produto. Existem diferentes tipos de ligas de titânio. Portanto, é importante conhecer todas essas propriedades para utilizá-las de forma eficaz.
Baixa resistência
Estas são ligas de titânio com limite de escoamento inferior a 73 KSI (500 MPa). São adequados para aplicações que requerem materiais de resistência média. Os exemplos incluem ASTM Classes 1, 2, 3, 7 e 11.
Força moderada
São ligas de titânio com limite de escoamento entre 73 e 131 KSI (500 e 900 MPa). Eles têm graus ASTM 4, 5 e 9, Ti-2,5% Cu, Ti-8% Al-1% Mo-0,1% V.
Força média
São ligas de titânio com limite de escoamento entre 131 e 145 KSI (900-1000 MPa). Eles são adequados para aplicações críticas que exigem propriedades de alta resistência, boa resistência à corrosão e resistência ao impacto entalhada em temperaturas elevadas. Alguns exemplos são Ti-6%Al-2%Sn-4%Zr-2%Mo e Ti-5,5%Al-3,5%Sn-3%Zr-1%Nb-0,3%Mo-0,3%Si.
Força elevada
Ligas de titânio de alta resistência têm resistência à tração entre 145 e 174 KSI (1000-1200 MPa). Eles são resistentes à fadiga, à fluência e à corrosão, tornando-os adequados para aplicações exigentes, como peças de aeronaves e implantes médicos.
Resistência muito alta
Ligas de resistência muito alta têm resistência à tração superior a 174 KSI (1200 MPa). Esta classe de materiais é cara, mas oferece desempenho excepcional em aplicações exigentes, como motores a jato, motores de foguetes, naves espaciais e reatores nucleares. Exemplos são Ti-10%V-2%Fe-3%Al e Ti-4%Al-4%Mo-4%Sn-0,5%Si.
Ligas de titânio com propriedades e aplicações
As ligas de titânio estão disponíveis em diversos graus, cada um com suas propriedades específicas. Abaixo estão alguns dos mais comuns Classes de liga de titânio.
Liga de titânio grau 5
Devido à sua alta resistência, o titânio Grau 5 é a liga mais comumente usada. É uma liga de soldagem comumente usada que pode ser usada em componentes estruturais e de suporte de pressão. Apresenta alta resistência à corrosão em ambientes oxidantes e redutores.
Além disso, também é utilizado nas indústrias química e petrolífera, bem como na fabricação de plataformas de perfuração offshore. A liga é utilizada na construção de estações de tratamento de água, reatores nucleares e outros ambientes críticos que exigem um material de alta resistência e baixo custo.
Liga de titânio grau 6
O grau 6 é uma liga de titânio comumente soldada feita de alumínio e estanho, frequentemente usada para componentes expostos a altas temperaturas. Além de alta resistência, a liga possui excelente estabilidade, sendo uma boa opção para aeronaves e motores.
Liga de titânio grau 7
As ligas de titânio grau 7 são particularmente adequadas para aplicações em baixas temperaturas e alto pH. Isto se deve à sua extrema resistência à corrosão.
Liga de titânio grau 11
O grau 11 é uma liga de titânio com boa resistência a altas temperaturas e alta resistência à corrosão. A liga é matéria-prima para componentes que são utilizados em altas temperaturas, como: B. Plantas de processamento químico e de petróleo, bem como produção de motores e fuselagens de aeronaves. O grau 11 também é usado para fabricar turbinas, tanques de armazenamento de hidrogênio líquido e outros equipamentos importantes. A liga é facilmente fabricada por usinagem, forjamento, laminação e extrusão.
Liga de titânio grau 12
Aplica-se à fabricação de componentes de aeronaves, como peças de motores, fuselagens, trens de pouso, sistemas de combustível e outros equipamentos críticos. A liga também é utilizada na fabricação de recipientes criogênicos, trocadores de calor, colunas de destilação e outros equipamentos que operam em altas temperaturas.
Além disso, o Grau 12 é facilmente fabricado por meio de usinagem, forjamento, laminação e extrusão. Isto o torna ideal para a fabricação de válvulas, conexões e outros dispositivos que requerem materiais resistentes à corrosão.
Liga de titânio grau 23
O grau 23 é uma liga de titânio com boa ductilidade e resistência à fratura. É usado principalmente para fazer implantes médicos.
Por que a usinagem de ligas de titânio é difícil?
As ligas de titânio são difíceis de usinar porque são duras e possuem baixo coeficiente de atrito. A dureza do titânio vem de sua alta resistência e densidade, dificultando o corte e a modelagem. Alta resistência também significa que o material é menos maleável e suscetível a rachaduras que podem ocorrer durante a usinagem, tratamento térmico ou soldagem.
O baixo coeficiente de atrito pode causar problemas ao cortar ou fresar titânio com materiais de ferramentas tradicionais. Lascas de titânio dificultam facilmente a remoção de material da peça de trabalho pela ferramenta. Os cavacos também tendem a aderir à superfície do dente da ferramenta porque não há lubrificação entre eles e a ferramenta. Isso resulta no acúmulo de cavacos na superfície da ferramenta em altas taxas de avanço, resultando em acabamentos superficiais ruins, vida útil reduzida da ferramenta e vibração excessiva durante a usinagem.
Outra dificuldade na usinagem de ligas de titânio é sua baixa condutividade térmica, o que significa que elas não esfriam com rapidez suficiente na usinagem com fluidos de corte ou resfriamento a água. Isso faz com que o material da peça fique macio e a vida útil da ferramenta seja reduzida devido à trepidação ou quebra da ferramenta.
Dicas para usinagem eficaz de ligas de titânio
Devido às propriedades especiais das ligas de titânio, a usinagem desses metais pode ser um tanto difícil. Para editar esses componentes de forma eficaz, você precisa saber quais ferramentas e técnicas usar. Reunimos uma lista de dicas úteis sobre como usinar ligas de titânio com eficácia.
Use as ferramentas e equipamentos certos
Em primeiro lugar, você precisa ter certeza de que está usando as ferramentas e equipamentos certos para o trabalho. Isso pode parecer bastante óbvio, mas é uma etapa crucial em qualquer processo de edição. As ligas de titânio são mais difíceis de usinar devido à sua maior dureza. Sempre use ferramentas de aço rápido e brocas de metal duro ao cortar titânio. As ferramentas de aço ficam cegas rapidamente com este material, enquanto as brocas de metal duro cortam de maneira limpa e duram mais.
Transfira o calor gerado para o chip
Um aspecto importante da usinagem eficiente do titânio é a transferência do calor gerado para o chip. Isto ajuda a manter a peça, a ferramenta e o líquido refrigerante a uma temperatura relativamente constante. A maneira mais eficaz de fazer isso é usar uma máquina com fuso horizontal para usinagem de titânio.
Outra forma de direcionar o calor gerado para o cavaco é aumentar a taxa de avanço da peça. Uma taxa de avanço mais alta pode ajudar a manter a temperatura constante durante o processo de usinagem. Isso pode ser particularmente útil ao usinar peças com tamanhos grandes.
Aumentar a concentração e a pressão do líquido refrigerante
Como já mencionado, as ligas de titânio possuem maior condutividade térmica do que outros metais. Portanto, ao processar esses materiais, deve-se aumentar a concentração e a pressão do refrigerante. Aumentar a concentração do líquido refrigerante pode ajudar a reduzir o calor gerado no motor. Também pode ajudar a manter a peça e a ferramenta a uma temperatura relativamente constante, permitindo aumentar a taxa de avanço da peça.
Se você usar um refrigerante à base de água, poderá aumentar a concentração desse fluido adicionando um agente antiespumante. Uma boa opção de agente antiespumante são os sais de sódio, que ajudam a aumentar o ponto de ebulição e a viscosidade da água.
Evite apreender
As ligas de titânio normalmente têm menor lubricidade do que outros metais. Isso significa que é mais provável que comam durante o processamento. A convulsão é um fenômeno que ocorre quando duas partes metálicas opostas entram em contato e uma parte fica presa entre as duas. A gripagem pode tornar o processo de usinagem significativamente mais difícil e reduzir significativamente a vida útil da ferramenta.
Você pode evitar escoriações ao usinar ligas de titânio usando uma taxa de avanço mais baixa e uma velocidade do fuso mais baixa. Se você já notar gripagem, muitas vezes você pode corrigir o problema aumentando a concentração do líquido refrigerante. Isso pode ajudar a quebrar a irritação existente e continuar o processo de edição.
Aplicações de ligas de titânio
Indústria aeroespacial
As ligas de titânio são amplamente utilizadas na indústria aeroespacial devido à sua alta relação resistência/peso. Eles são usados para fazer fixadores, estruturas de aeronaves, conjuntos de trens de pouso e motores porque podem suportar temperaturas extremas sem corroer ou rachar sob pressão.
Indústria médica
As ligas de titânio são usadas em dispositivos médicos, como articulações artificiais e próteses de quadril, porque são biocompatíveis e resistentes à corrosão. O metal pode assumir formas complexas sem quebrar ou rachar, tornando-o ideal para instrumentos cirúrgicos, como bisturis ou alicates. Também é utilizado em implantes dentários porque não irrita os tecidos moles como o aço inoxidável quando inserido na cavidade oral.
Indústria de eletrônicos
As ligas de titânio são amplamente utilizadas na eletrônica porque possuem alta condutividade e são resistentes à corrosão à maioria dos ácidos e bases. Isto os torna ideais como elementos de conexão em baterias ou outros componentes elétricos que requerem contato elétrico entre si, mas não devem corroer com o tempo devido ao contato com substâncias corrosivas, como água salgada.
Concluindo
Então, quais ligas de titânio possuem as melhores propriedades para sua aplicação? Isso é difícil de dizer. Depende dos seus requisitos e do uso pretendido da liga. Por exemplo, se você estiver fabricando um tipo de óculos, seria melhor usar titânio mais puro, pois a resistência de uma liga não é necessária para esta aplicação específica.
No entanto, poderíamos levar esta discussão em um milhão de direções diferentes. Portanto, você pode consultar um especialista para determinar qual tipo de liga de titânio é melhor para o seu projeto.
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