Tudo sobre metal titânio

O titânio é considerado um metal inestimável na engenharia e tecnologia contemporâneas. À luz de suas características peculiares, como sua capacidade de fornecer alta resistência, densidade baixa, e excelente resistência à corrosão, é um material vital para diversas indústrias. Tudo, desde asas de avião até substituições de quadril, o titânio é usado em diferentes partes de muitas coisas que compõem nossa vida diária. Os usos do titânio vão desde fazer com que as aeronaves durem mais, para melhorar o desempenho de equipamentos esportivos ou fortalecer equipamentos médicos de suporte à vida. Neste artigo, entenderemos por que o titânio se tornou tão crucial. Olhando para suas características, usa, métodos de produção, e as classes mais utilizadas no mercado atualmente.

O que é titânio?

Folhas de metal de titânio

Titânio(uma liga não magnética) é altamente rígido, sem peso, e não corrói facilmente. No entanto, é comparativamente mais caro do que alumínio, e aço. Na tabela periódica, titânio pertence ao grupo 4 e período 5 de elementos com número atômico de 22 e o símbolo “Ti”. O metal titânio tem uma superfície brilhante e brilhante que pode ser cinza ou branca. O titânio pode ser colorido em vários tons por um processo conhecido como anodização. O princípio fundamental é feito variando a tensão.

Além disso, é importante saber que o titânio é o nono metal mais abundante na Terra. É solúvel em rochas, minerais, argila, e areia. Mas, não existe em seu estado original na natureza. Em vez de, o titânio se combina com o oxigênio para proteger os componentes, fornecendo uma camada protetora de dióxido de titânio (TiO₂).

Principalmente, o titânio é frequentemente encontrado em suas formas de minério. Então, titânio puro pode ser extraído de dois minerais: rutilo, que é escuro e cristalino, e ilmenita, que é de cor preto acinzentado. Além disso, existem mais minerais para a produção de titânio, incluindo anatase, perovskita, Brookite, e titanita.

Como mencionado antes, o titânio é mais caro/mais caro que o aço ou o alumínio, e apesar disso, geralmente encontra seu uso extensivo em diversas aplicações. O titânio comercialmente puro está disponível por aproximadamente $18 e $20 por quilograma. Normalmente, ligas de titânio custam mais. Esses custos podem variar de 70 para 80 Dólares americanos/quilograma massa.

Principais propriedades do titânio

As propriedades do titânio são divididas em químicas, físico, e categorias mecânicas, destacando suas características únicas para diversas aplicações.

Mesa: Físico, Químico & propriedades mecânicas do titânio.

Propriedades físicas	Propriedades quimicas	Propriedades mecânicas
Densidade: 4.54 g/cm³	Conteúdo de carbono: ≤ 0.08%	Resistência à tracção: 200-1,400 MPa
Ponto de fusão: 1,668°C	Conteúdo de Ferro: ≤ 0.5%	Força de rendimento: 200-1,200 MPa
Condutividade elétrica: 2.38 x 10^6 S/m	Conteúdo de oxigênio: ≤ 0.25%	Dureza (Brinell): 150-400 HB
Condutividade térmica: 21.9 S/m·K	Conteúdo de nitrogênio: ≤ 0.03%	Alongamento (Ductilidade): 10-30%
Propriedades Magnéticas: Não magnético	Conteúdo de hidrogênio: ≤ 0.015%	Módulo de Elasticidade: 105-120 GPa

Como é feito o titânio?

A produção de titânio envolve várias etapas importantes: Vamos descrever o processo de produção de titânio da seguinte maneira abaixo:

• Extração de Minério de Titânio: Entre todos os minérios de titânio os dois tipos mais utilizados são a ilmenita (FeTiO₃) e rutilo (TiO₂). Os seguintes minérios são extraídos e processados ​​com o objetivo de obter dióxido de titânio.
• Conversão para tetracloreto de titânio (TiCl₄): As principais etapas na fabricação de compostos de titânio envolvem a cloração do dióxido de titânio. Avançar, é transformado em tetracloreto de titânio. O respectivo processo envolve a utilização de dióxido de titânio e gás cloro e os dois são tratados através de calor.
• Redução para Metal Titânio: O tetracloreto de titânio é então reduzido a titânio metálico usando o Kroll, e processos Hunter. Nestes processos, o tetracloreto de titânio é feito para reagir com magnésio em altas temperaturas para produzir titânio e cloreto de magnésio (MgCl).
• Purificação e Liga: Lembrar, que o material titânio metálico é puro e deve ser ligado a outros componentes para obter as características desejadas. Alguns dos constituintes de liga amplamente utilizados são o alumínio, vanádio, e molibdênio.
• Processamento e Fabricação: Esses formulários incluem formulários de planilha, formas de haste, e formas tubulares, entre outras formas, dependendo das necessidades dos usuários. Avançar, é levado através de vários processos para produzir produtos acabados usando torneamento, soldagem, e casting entre outros.

Graus de titânio comumente empregados na fabricação de peças

O titânio está disponível em vários graus, dependendo da aplicação pretendida e da especificação do material. Estas classes são normalmente classificadas dependendo da composição química e das características mecânicas. Os graus comuns de titânio são os seguintes:

1. Nota 1

Descrição: Comumente conhecido como titânio comercial, tem a maior ductilidade e a menor resistência de todos os tipos de titânio.

Composição Química: 99.5% titânio.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção:240MPa ou 35 ksi
• Força de rendimento: 170 MPa (25 ksi)
• Alongamento:24%

2. Nota 2

Descrição: Esta classe é caracterizada por boa resistência e boa ductilidade.

Composição Química: Aproximadamente 98.9 porcentagem de composto de titânio, e o resto é ferro e oxigênio.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção:350 MPa (50 ksi).
• Força de rendimento: A resistência à tração é de até 275 MPa (40 ksi).
• Alongamento: 20%

3. Nota 3

Descrição: A nota pretendida é mais forte que as notas 1 e 2 mas tem menor ductilidade em comparação com os dois graus.

Composição Química: Em volta 97.5% titânio com ferro e oxigênio como principais elementos de liga.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção: A resistência ao escoamento do material é 450 MPa (65 ksi).
• Força de rendimento: Tipicamente, a densidade do material é 380 MPa (55 ksi).
• Alongamento: 15%

4. Nota 4

Descrição: Nota 4, tem alta resistência e ductilidade relativamente moderada, Normalmente, aplicado onde alta resistência é desejada.

Composição Química: Tem cerca de 90% titânio e vestígios de elementos como ferro, oxigênio, e outros.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção: 550 MPa (80 ksi).
• Força de rendimento:480 MPa (70 ksi)
• Alongamento: 10%

5. Nota 5 (Ti-6Al-4V)

Descrição: A mais popular de todas as ligas de titânio devido à sua alta resistência e boa soldabilidade. Nota 5 tem alumínio e vanádio como constituintes da liga. Relativamente, usado em aplicações de impressão 3D para fabricação de protótipos.

Composição Química: Contém 90% de titânio, 6% de alumínio, e 4% de vanádio.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção: 900 MPa (130 ksi).
• Força de rendimento: 830 MPa (120 ksi)
• Alongamento: 14%

6. Nota 7

Descrição: Nota 7 melhorou as características de corrosão que foram possíveis graças à incorporação de paládio. Geralmente fica entre BETA notas.

Composição Química: Sobre 90 porcentagem de titânio com uma pequena quantidade de paládio.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção: A resistência ao escoamento do material é 370 MPa ou 54 ksi.
• Força de rendimento: Tipicamente, 275 MPa (40 ksi).
• Alongamento: 20%

7. Nota 9 (Ti-3Al-2. 5V)

Descrição: Uma classe leve que possui maior resistência e melhores propriedades de fadiga, usado em equipamentos aeroespaciais e esportivos.

Composição Química: 90% Titânio, 3% Alumínio, 2.5% vanádio.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção:620 MPa ou 90 ksi
• Força de rendimento: As propriedades materiais do aço utilizado na construção da plataforma offshore são 480 MPa (70 ksi) resistência à tracção.
• Alongamento:15%

8. Nota 23 (Ti-6Al-4V ELI)

Descrição: Esta é uma variante de baixo intersticial de Grade 5, o que geralmente melhora a resistência à fratura. Comumente empregado em implantes médicos.

Composição Química: 90% titânio, 6% alumínio, 4% vanádio com menor quantidade de conteúdo de oxigênio.

Propriedades mecânicas:

• Resistência à tracção:860 MPa (125 ksi)
• Força de rendimento:795 MPa (115 ksi).
• Alongamento:14%

Os diferentes graus de titânio possuem características únicas que o tornam apropriado em muitos usos em áreas como aeroespacial, médico, e usos industriais.

Operações de usinagem para titânio

Usinagem de Titânio

O titânio é um pouco difícil de trabalhar. Porque é altamente rígido e forte. Então, as propriedades do material exigem que processos específicos sejam realizados. Algumas das operações comuns empregadas na usinagem são Torneamento CNC, fresagem, perfuração, e tocando. As ligas de titânio são normalmente usinadas em baixas velocidades para minimizar o calor e o desgaste da fresa. Ferramentas de corte de metal duro são usadas porque protegem melhor o titânio contra desgaste. Em trabalhos de alta precisão, as tolerâncias podem ser tão restritas quanto ±0,005″. Além disso, Algumas outras técnicas também podem ser realizadas, incluindo Usinagem por descarga elétrica (Música eletrônica), e corte a laser para geometrias e áreas difíceis de usinar por meios convencionais.

Aplicações industriais de titânio

Vamos descobrir as aplicações comuns do titânio em vários setores:

Indústria aeroespacial

Os setores aeroespaciais são grandes consumidores de titânio. O titânio e suas ligas são geralmente empregados em peças de aeronaves, incluindo peças de motores a jato., trens de pouso, estruturas de fuselagem, e sistemas de exaustão. Esses materiais são particularmente adequados para essas áreas de alta tensão devido à sua alta relação resistência-peso e capacidade de resistência à corrosão..

Indústria Médica

Na indústria médica, titânio é aplicado na fabricação de aparelhos cirúrgicos, e odontológico, e equipamentos protéticos. Isto o torna compatível com o tecido humano para que, quando implantado, não provoque quaisquer reações adversas..

Indústria automobilística

A indústria automobilística é uma das maiores consumidoras de titânio. Titanium ajuda a fabricar produtos como carros de corrida e carros de luxo de alta qualidade. Eles são usados ​​na fabricação de sistemas de exaustão, peças de válvula, e sistemas de suspensão que facilitam a leveza e alta resistência dos veículos.

Indústria de Processamento Químico

Como discutido anteriormente, o material de titânio não é facilmente corroído pelo meio ambiente. Então, pode ser utilizado na fabricação de válvulas de bomba, trocadores de calor, e sistemas de tubulação para fábricas de produtos químicos. Avançar, adicionou o benefício de poder lidar com produtos químicos muito agressivos e, portanto,, aumenta a vida útil do equipamento.

Indústria Marinha

O titânio possui características de alta resistência à corrosão. Então, É amplamente utilizado na fabricação de componentes e acessórios de navios, como eixos de hélice, acessórios do casco, e sistemas de água do mar, e oferece alta durabilidade e baixa manutenção em ambientes marítimos.

Conclusão

Para concluir, por causa das propriedades distintas do material de titânio, é possível usiná-lo com a tolerância necessária. Seus diversos graus podem ser aplicados na indústria aeroespacial, médico, e campos industriais. No entanto, titânio tem baixa usinabilidade, pode ser usinado com grande precisão se ferramentas e técnicas adequadas forem empregadas durante o processo. Isto torna o titânio valioso em qualquer aplicação onde a resistência e a precisão sejam críticas.

Perguntas frequentes

1º trimestre. Quais são as principais categorias de ligas de titânio?

As ligas de titânio são categorizadas em três tipos principais: que incluem ligas alfa, ligas beta, e ligas alfa-beta. Ligas alfa são aquelas que possuem alta resistência e um grau aceitável de ductilidade.. As ligas beta fornecem propriedades mecânicas aprimoradas, força avançada, e usinabilidade aprimorada. As ligas alfa-beta contêm fases alfa e beta e, portanto, as propriedades associadas a ambas as fases são exibidas.

2º trimestre. Como o titânio se compara a outros metais em termos de corrosão?

O titânio possui uma camada de óxido natural que o torna resistente à ferrugem e à corrosão; portanto, pode ser usado em água do mar, ácido, e outros ambientes corrosivos.

3º trimestre. Por que o titânio é usado em aplicações aeroespaciais?

O material de titânio é extremamente leve, ainda assim muito forte, o que o torna ideal para usos aeroespaciais. Oferece alta resistência, mas é sobre 50% mais leve que o aço. Portanto, melhora significativamente a eficiência de combustível e o desempenho em componentes de aeronaves e naves espaciais.

4º trimestre. O que torna o titânio biocompatível?

O titânio não provoca nenhuma resposta negativa quando usado no corpo humano. Afinal, pode facilmente se ligar ao tecido humano. Devido à sua superfície não aderente e quimicamente inativa, não causa inflamação quando usado em implantes cirúrgicos e membros artificiais.

Q5. Como o titânio é usinado e fabricado?

Titânio como muitos outros metais. Pode ser usinado nas formas tradicionais. Mas é um metal muito duro e forte, necessitando assim de ferramentas e métodos especializados de usinagem. Isso inclui usinagem de alta velocidade, retificação de precisão, bem como usinagem por descarga elétrica (Música eletrônica). Outros processos envolvidos na fabricação podem ser soldagem, fundição, forjamento, e similares dependendo da exigência.