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
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