TITÂNIO E SUAS LIGASTITÂNIO E SUAS LIGAS

Chapas laminadas de titânioBarras de titânio

CaracterísticasCaracterísticas Baixa densidadeBaixa densidade Alto ponto de fusãoAlto ponto de fusão Bom módulo de elasticidadeBom módulo de elasticidade Boa resistência mecânicaBoa resistência mecânica Alta resistência à corrosãoAlta resistência à corrosão Boa ductilidadeBoa ductilidade

19301930 W.J. Kroll desenvolveu um método para produzir titânio metálico W.J. Kroll desenvolveu um método para produzir titânio metálico

19401940 Determinação das propriedades mecânicas do titânio Determinação das propriedades mecânicas do titânio

PROPRIEDADES FÍSICASPROPRIEDADES FÍSICAS

Ponto de FusãoPonto de Fusão = 1668±10ºC= 1668±10ºC

Densidade Densidade Fase Fase = 4,5 g/cm= 4,5 g/cm3 3 (hexagonal-HCP até 883(hexagonal-HCP até 883ooC)C)

Fase Fase = 4,35 g/cm= 4,35 g/cm3 3 (cúbica-CCC)(cúbica-CCC)

Coeficiente de expansão térmica Coeficiente de expansão térmica 8,41x108,41x10-6 -6 ºCºC-1-1

Menor que o aço e metade do alumínio

HISTÓRICO DA PRODUÇÃO DO TITÂNIOHISTÓRICO DA PRODUÇÃO DO TITÂNIO

PROPRIEDADES MECÂNICASPROPRIEDADES MECÂNICAS

Boa resistência mecânica a altas e baixas temperaturas Boa resistência mecânica a altas e baixas temperaturas (Ti (Ti 99,2%= 40,6 Kg/mm99,2%= 40,6 Kg/mm22))

Alta resistência à corrosão (o único imune à água do mar)Alta resistência à corrosão (o único imune à água do mar) Boa ductilidade e tenacidadeBoa ductilidade e tenacidade Dureza do lingote fundido: 70-74 HBDureza do lingote fundido: 70-74 HB Módulo de elasticidade = 107 GpaMódulo de elasticidade = 107 Gpa

DESVANTAGENSDESVANTAGENS

Alto custoAlto custo Baixa resistência ao desgasteBaixa resistência ao desgaste

TITÂNIOTITÂNIO

OBSERVAÇÕES GERAISOBSERVAÇÕES GERAIS

dureza está relacionada com a purezadureza está relacionada com a pureza cerca de 0,6% da crosta terrestre possui Ti, ou seja, é cerca de 0,6% da crosta terrestre possui Ti, ou seja, é

abundante na naturezaabundante na natureza o custo para obtenção do Ti metálico é elevadoo custo para obtenção do Ti metálico é elevado

MINÉRIOS DE TITÂNIOMINÉRIOS DE TITÂNIO

Rutilo Rutilo TiO TiO22 Ilmenita Ilmenita TiOTiO22FeFe Anatásio Anatásio É o minério brasileiro (contém 20% de Ti) É o minério brasileiro (contém 20% de Ti)

ALFAALFA ALFA+BETAALFA+BETA BETABETA

• resistência mecânica menor•boa tenacidade e ductilidade•aplicações criogênicas e altas temperaturas •maior resistência à fluência que as ligas alfa+beta e beta•boa soldabilidade•não são endurecidas por tratamento térmico•boa resistência à corrosão

• resistência mecânica de média a alta•endurecíveis por tratamento térmico (solubilização seguido de envelhecimento)•não são apropriadas para forjamento à quente•boa soldabilidade

• resistência mecânica alta•alta dureza•excelente forjabilidade•endurecíveis por tratamento térmico (solubilização seguido de envelhecimento)•boa soldabilidade

Características das fasesCaracterísticas das fases

PRINCIPAIS ELEMENTOS PRINCIPAIS ELEMENTOS ESTABILIZADORES DAS FASES ESTABILIZADORES DAS FASES E E

ESTABILIZADORES DA FASE ESTABILIZADORES DA FASE

ELEVAM A TEMPERATURA DE ELEVAM A TEMPERATURA DE TRANSFORMAÇÃO TRANSFORMAÇÃO

A transformação ocorre A transformação ocorre acima de 883ºCacima de 883ºC

OO NN GaGa GeGe BB AlAl

ESTABILIZADORES DA FASE ESTABILIZADORES DA FASE

DIMINUEM A TEMPERATURA DIMINUEM A TEMPERATURA DE TRANSFORMAÇÃO DE TRANSFORMAÇÃO

A transformação ocorre A transformação ocorre abaixo de 883ºCabaixo de 883ºC

V, Zr, Nb, Mo, Sn, Ta, V, Zr, Nb, Mo, Sn, Ta, Mn, Fe, Ni, Cu, Si, Ag, PbMn, Fe, Ni, Cu, Si, Ag, Pb

Estrutura martensítica.

Mecanismos de endurecimento: transformação martensítica ou Mecanismos de endurecimento: transformação martensítica ou precipitação de fases (solubilização seguida de envelhecimento) precipitação de fases (solubilização seguida de envelhecimento)

PRINCIPAIS LIGAS DE PRINCIPAIS LIGAS DE TITÂNIOTITÂNIO

Ti6Al4V (liga alfa+beta)Ti6Al4V (liga alfa+beta) Ti8Mn (liga alfa+beta)Ti8Mn (liga alfa+beta) Ti5Al2,5Sn (liga alfa)Ti5Al2,5Sn (liga alfa) Ti4Al4MnTi4Al4Mn

•As ligas de titânio suportam temperaturas de 400 a 550C

• As ligas de Titânio são bastante resistentes, chegando a atingir valores de limite de resistência à tração de 1400 MPa a temperatura ambiente, além de possuírem boa ductilidade e boas usinabilidade e forjabilidade.

LIGA: Ti-6Al-4VLIGA: Ti-6Al-4V

Foi a primeira liga comercializada e é responsável por 45% da Foi a primeira liga comercializada e é responsável por 45% da aplicação industrial.aplicação industrial.

Resistência à traçãoResistência à tração108 Kg/mm108 Kg/mm22

Resistência à tração depois do tratamento térmico de Resistência à tração depois do tratamento térmico de solubilização solubilização 125 Kg/mm 125 Kg/mm22

Esta liga é de boa trabalhabilidade e também apropriada para Esta liga é de boa trabalhabilidade e também apropriada para fundiçãofundição

APLICAÇÕESAPLICAÇÕES Chapas para fuselagem de aviãoChapas para fuselagem de avião Discos e lâminas de compressor de turbinas a gás para aviõesDiscos e lâminas de compressor de turbinas a gás para aviões

LIGA: Ti-8MnLIGA: Ti-8Mn Apresenta boa conformabilidadeApresenta boa conformabilidade

Utilizada em estruturas de aviõesUtilizada em estruturas de aviões

LIGA: Ti-4Al-4MnLIGA: Ti-4Al-4Mn Utilizada em peças forjadas para aviões à jatoUtilizada em peças forjadas para aviões à jato

LIGA: Ti-5Al-2,5SnLIGA: Ti-5Al-2,5Sn

Apresenta resistência à tração no estado recozido de Apresenta resistência à tração no estado recozido de 90 Kg/mm90 Kg/mm22

Está liga não é tratável termicamenteEstá liga não é tratável termicamente

APLICAÇÕESAPLICAÇÕES Chapas para caixas de compressores de turbinas à gásChapas para caixas de compressores de turbinas à gás Caixas de palhetas diretrizes de turbinasCaixas de palhetas diretrizes de turbinas

APLICAÇÕES DO TITÂNIOAPLICAÇÕES DO TITÂNIO Estruturas e fuselagemEstruturas e fuselagem Componentes de turbinasComponentes de turbinas Indústria de mísseisIndústria de mísseis Implantes cirúrgicosImplantes cirúrgicos Tubos para trocadores de calorTubos para trocadores de calor SupercondutoresSupercondutores

Titanium aero forging

Titanium heat exchanger

Titanium boat propeller Titanium

wheel rim

Titanium oven blowerTitanium rolled

rings

Titanium Reaction Tank

PRODUTOS DA METALURGIA DO PRODUTOS DA METALURGIA DO PÓ EM TITÂNIOPÓ EM TITÂNIO

Trocadores de CalorTrocadores de Calor

Usados para troca térmica entre dois fluidos em diferentes temperaturas.

Strength/density ratio for titanium compared with other materials

Material Yield point at 20°C Density Strength/weight ratio at20°C

Strength/weight ratio

compared to

   

    min.MPa g/cm³    Ti Gr. 2 % Ti Gr. 5 %

Titanium Gr. 2 275 4.51 61 100 32

Titanium Gr. 5 830 4.42 188 308 100

Titanium Gr. 9 485 4.48 108 177 57

Titanium Gr. 12 345 4.43 78 128 41

Aluminum alloy B51S, NS 17305 300 2.70 110 180 59

Stainless steel 13% Cr - AISI 410 -NS 14110

350 7.72 45 74 24

Stainless steel AISI 316L - NS14460

210 7.94 26 43 14

Stainless steel duplex SAF 2205 -ASTM A 669

450 7.80 58 95 31

Stainless steel super duplex SAF2507

550 7.80 70 115 37

Stainless steel 6% Mo - 254 SMO 300 8.00 38 62 20

Monel® 400 200 8.83 23 38 12

Inconel® 625 415 8.44 49 80 26

Hastelloy® C-276 355 8.89 40 66 21

Copper-nickel 90/10 90 8.90 10 16 5