Introdução às propriedades da liga de titânio
As ligas de titânio são uma classe de metais caracterizada pelo seu desempenho, que é influenciado pela presença de impurezas como carbono, nitrogênio, hidrogênio e oxigênio. A forma mais pura de titânio tem um teor de impurezas inferior a 0,1%, resultando em alta plasticidade, mas baixa resistência. O titânio puro industrial, com pureza de 99,5%, apresenta as seguintes propriedades: densidade (ρ) de 4,5 g/cm3, ponto de fusão de 1725 graus, condutividade térmica (λ) de 15,24 W/(m·K), resistência à tração ( σb) de 539 MPa, alongamento (δ) de 25%, retração da seção (ψ) de 25%, módulo de elasticidade (E) de 1,078×105 MPa e dureza (HB) de 195.
1. Baixa densidade e alta resistência: Ligas de titânio de alta resistência normalmente têm uma densidade de aproximadamente 4,5 g/cm3, que é apenas 60% da do aço. O titânio puro apresenta resistência comparável à do aço comum, enquanto certas ligas de titânio de alta resistência superam a resistência de muitos aços estruturais de liga. Consequentemente, as ligas de titânio possuem uma resistência específica significativamente maior (relação resistência/densidade) do que outros materiais estruturais metálicos. Essa característica permite a produção de peças e componentes leves com alta resistência, rigidez e durabilidade. As ligas de titânio encontram aplicações em componentes de motores, esqueletos, revestimentos, fixadores e trens de pouso.
2. Alta resistência térmica: As ligas de titânio podem manter a resistência necessária em temperaturas elevadas, superando as capacidades das ligas de alumínio em várias centenas de graus Celsius. Entre 150 graus e 500 graus, elas mantêm sua alta resistência específica, enquanto as ligas de alumínio apresentam uma queda notável na resistência específica a 150 graus. As ligas de titânio podem operar em temperaturas de 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 apresentam resistência à corrosão superior em comparação ao aço inoxidável em atmosferas úmidas e ambientes de água do mar. Eles são particularmente excelentes na resistência à corrosão por pites, corrosão ácida e corrosão sob tensão. Além disso, as ligas de titânio apresentam notável resistência ao ácido sulfúrico, ácido nítrico, cloretos e compostos orgânicos clorados. No entanto, em condições decrescentes de oxigênio e sal de cromo, o titânio apresenta baixa resistência à corrosão.
4. Bom desempenho em baixas temperaturas: As ligas de titânio retêm suas propriedades mecânicas em temperaturas baixas e ultrabaixas. Certas ligas de titânio, como TA7, apresentam desempenho excepcionalmente bom em baixas temperaturas e mantêm parte de sua plasticidade mesmo em -253 grau. Conseqüentemente, as ligas de titânio são materiais estruturais cruciais para aplicações em baixas temperaturas.
5. Reatividade Química: O titânio exibe atividade química significativa, reagindo prontamente com oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de água e gás amônia presentes na atmosfera. O TiC duro se forma em ligas de titânio com teores mais elevados de carbono (acima de 0,2%). Quando o TiN interage com o nitrogênio em altas temperaturas, uma camada superficial dura é formada. O titânio absorve oxigênio acima de 600 graus, resultando na formação de uma camada endurecida com alta dureza. O aumento do teor de hidrogênio leva à formação de uma camada de fragilização. A profundidade da superfície quebradiça endurecida causada pela absorção de gás pode chegar a 0,1-00,15 mm, com grau de endurecimento de 20%-30%. O titânio também exibe uma afinidade química significativa, formando facilmente adesão com superfícies de fricção.
6. Condutividade térmica e módulo de elasticidade: O titânio possui baixa condutividade térmica, aproximadamente um quarto da do níquel, um quinto da do ferro e um quarto da do alumínio. A condutividade térmica de diferentes ligas de titânio é aproximadamente 50% menor em comparação com a do titânio puro. Como as ligas de titânio têm um módulo de elasticidade que é cerca de metade do módulo de elasticidade do aço, elas são menos rígidas e mais propensas à deformação. Como resultado, hastes finas e componentes com paredes finas devem ser evitados, uma vez que as superfícies de corte e processamento têm um grande volume de rebote – cerca de duas a três vezes maior que o do aço inoxidável. Este ressalto pode causar intenso atrito, adesão e desgaste de ligação na superfície da ferramenta.
As ligas de titânio são compostas de titânio como metal base, complementado com outros elementos. Existem dois tipos de estruturas cristalinas de titânio - titânio, que exibe uma estrutura hexagonal compacta abaixo de 882 graus, e -titânio, que possui uma estrutura cúbica de corpo centrado acima de 882 graus.
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