Ligas de titânioexibem propriedades diferentes com base em sua composição e estrutura. O titânio tem duas estruturas cristalinas: -titânio, com uma rede hexagonal abaixo de 882 graus, e -titânio, com uma estrutura cúbica de corpo centrado acima de 882 graus. Ao adicionar elementos de liga apropriados, o conteúdo da fase e as temperaturas de transição podem ser manipulados para obter vários tipos de ligas de titânio. À temperatura ambiente, as ligas de titânio podem ser classificadas em três categorias.
1. Liga de titânio: Esta liga monofásica consiste em solução sólida monofásica. Ele mantém sua estrutura de fase em temperaturas normais e elevadas. A liga de titânio apresenta organização estável, menor resistência ao desgaste em comparação ao titânio puro e excelente resistência à oxidação. Embora retenha sua resistência e resistência à fluência entre 500-600 graus, não pode ser reforçado por meio de tratamento térmico. A resistência à temperatura ambiente da liga de titânio não é particularmente alta.
2. Liga de titânio beta: Esta liga monofásica é composta de solução sólida de fase. Possui alta resistência mesmo sem tratamento térmico. Além disso, a liga pode ser ainda mais reforçada através de processos como têmpera e envelhecimento. A resistência à tração da liga de beta titânio à temperatura ambiente pode atingir 1372-1666 MPa.
3. Liga de titânio alfa-beta: Esta liga duplex apresenta excelente desempenho geral, incluindo boa estabilidade organizacional, tenacidade, plasticidade e propriedades de deformação em alta temperatura. É adequado para processamento de pressão a quente, têmpera e envelhecimento para aumentar sua resistência. A liga de titânio alfa-beta tratada termicamente demonstra um aumento de 50-100% na resistência em comparação com o estado recozido. Ele pode suportar operação de longo prazo em temperaturas de 400-500 graus e exibe notável estabilidade térmica, perdendo apenas para a liga de titânio alfa.
Entre esses três tipos de ligas de titânio, as mais comumente utilizadas são a liga de titânio e a liga de titânio alfa-beta. Em termos de usinabilidade, a liga de titânio oferece melhor desempenho, seguida pela liga de titânio alfa-beta, enquanto a liga de titânio beta fica para trás. Os códigos correspondentes para essas ligas são TA para liga de titânio, TB para liga de titânio beta e TC para liga de titânio alfa-beta.
Características de desempenho de ligas de titânio:
1. Alta resistência: As ligas de titânio têm densidade de aproximadamente 4,51 g/cm³, o que representa apenas 60% do aço. Algumas ligas de titânio de alta resistência superam a resistência de muitas ligas de aço estrutural. Consequentemente, a resistência específica (resistência/densidade) das ligas de titânio excede a de outros materiais estruturais metálicos. Essas ligas são ideais para a fabricação de componentes leves com alta resistência e rigidez, como peças de motores de aeronaves, esqueletos, revestimentos, fixadores e trens de pouso.
2. Alta resistência térmica: As ligas de titânio podem suportar temperaturas mais altas em comparação com as ligas de alumínio. Eles podem manter a resistência necessária mesmo em temperaturas médias e exibir resistência excepcional entre 150-500 graus. Em contraste, as ligas de alumínio apresentam redução significativa de resistência a 150 graus. A faixa de temperatura de trabalho das ligas de titânio se estende até 500 graus, enquanto as ligas de alumínio são limitadas a temperaturas abaixo de 200 graus.
3. Excelente resistência à corrosão: As ligas de titânio possuem resistência superior à corrosão em atmosferas úmidas e água do mar, superando o aço inoxidável. Eles exibem resistência robusta à corrosão por pites, corrosão ácida e corrosão sob tensão. As ligas de titânio também demonstram excelente resistência a álcalis, cloretos, substâncias orgânicas cloradas, ácido nítrico, ácido sulfúrico, etc. No entanto, apresentam baixa resistência à corrosão em ambientes redutores contendo oxigênio e sais de cromo.
4. Bom desempenho em baixas temperaturas: As ligas de titânio mantêm suas propriedades mecânicas mesmo em temperaturas baixas e ultrabaixas. Devido ao seu baixo coeficiente de expansão térmica, certas ligas de titânio, como TA7, retêm um grau de plasticidade mesmo no grau -253. Assim, as ligas de titânio são materiais estruturais cruciais para aplicações em baixas temperaturas.
5. Atividade Química Significativa: O titânio exibe alta atividade química, reagindo fortemente com elementos atmosféricos como oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de água e amônia. Por exemplo, quando o teor de carbono excede 0,2%, carbonetos de titânio duros (TiC) se formam dentro da liga. Da mesma forma, em temperaturas mais altas, a reação com nitrogênio leva à formação de camadas superficiais duras de nitreto de titânio (TiN). O titânio absorve prontamente oxigênio acima de 600 graus, resultando na formação de uma camada endurecida. Além disso, o aumento do teor de hidrogénio pode levar ao desenvolvimento de uma camada frágil. Estas reações podem causar fenômenos de adesão com superfícies de atrito.
6. Baixa condutividade térmica e elasticidade: O titânio possui baixa condutividade térmica (aproximadamente 15,24 W/(m·K)). Sua condutividade térmica é de cerca de 1/4 do níquel, 1/5 do ferro e 1/14 do alumínio. As ligas de titânio apresentam condutividade térmica ainda mais baixa em comparação com o titânio puro.
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