Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

O que é titânio?

1. Definição e propriedades básicas do titânio

O titânio é um elemento químico com número atômico 22 e símbolo químico Ti. É um metal de transição com densidade relativamente leve e boa resistência. O metal titânio existe na natureza na forma de minerais como ilmenita e rutilo. É o nono elemento mais abundante na crosta terrestre, ocorrendo normalmente na forma de óxidos.

O metal titânio possui inúmeras propriedades físicas e químicas excelentes, tornando-o uma escolha ideal para muitas aplicações. Em primeiro lugar, o metal titânio tem baixa densidade, aproximadamente 4,5 gramas por centímetro cúbico, mais leve que muitos outros metais, como aço e níquel. Isso torna o metal titânio amplamente utilizado em áreas que exigem design leve, como as indústrias aeroespacial e automotiva.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

2. A História e Descoberta do Metal Titânio

O metal titânio foi descoberto pela primeira vez no final do século XVIII. Em 1801, o químico britânico Gregor descobriu o elemento titânio em um mineral conhecido como ilmenita. Posteriormente, outros químicos começaram a estudar o metal titânio e o descobriram em vários minérios.

Em 1840, o químico alemão Martin Heinrich Klapoulos extraiu com sucesso o metal titânio pela primeira vez e nomeou o metal “titânio” para prestar homenagem ao gigante Titã da mitologia grega. No entanto, foi somente na década de 1940 que o titânio metálico começou a ser amplamente utilizado na indústria. Com o desenvolvimento da tecnologia metalúrgica e a redução de custos, o titânio metálico tornou-se gradualmente um material importante para diversas aplicações.

3. Características do titânio

Em geral, o metal titânio possui as seguintes características principais:

3.1 Boa resistência à corrosão: O metal titânio pode resistir à corrosão de muitos produtos químicos, incluindo água do mar e soluções ácidas. Isso o torna a escolha ideal para engenharia naval e indústrias químicas.

3.2 Biocompatibilidade: O metal titânio apresenta boa biocompatibilidade com tecidos humanos, sendo amplamente utilizado na fabricação de articulações artificiais e implantes dentários.

3.3 Boas propriedades de alta temperatura: O titânio tem um alto ponto de fusão, cerca de 1.668 graus Celsius (3.034 graus Fahrenheit). O metal titânio ainda mantém boas propriedades mecânicas e estabilidade em altas temperaturas, o que o torna importante em ambientes de alta temperatura, como motores de aeronaves e turbinas a gás.

3.4 Alta resistência e baixa densidade: Apesar de sua baixa densidade, o metal titânio possui alta resistência e excelente comparação de resistência e densidade. Isso torna o titânio um material ideal para a fabricação de dispositivos aeroespaciais, peças automotivas e outros produtos que exigem leveza.

3.5 Excelente condutividade térmica: O metal titânio possui boa condutividade térmica, o que lhe confere uma vantagem na fabricação de radiadores, resfriadores e outros produtos de alto desempenho.

Produção e processamento de metal de titânio

1. Métodos de extração e preparação de titânio metálico

Método de extração: A extração do titânio metálico é realizada principalmente por dois métodos, nomeadamente o método Claus e o método de cloração. O método Claus é o método mais comumente usado para obter titânio metálico de maior pureza, reduzindo o minério de óxido de titânio. A regra de cloração é reagir o óxido de titânio com cloro gasoso para gerar cloreto de titânio e, em seguida, obter titânio metálico por meio de uma reação de redução.

Processo de purificação: Após a obtenção do titânio metálico, uma série de processos de purificação são necessários para melhorar sua pureza e desempenho. Esses processos incluem fusão a vácuo, métodos de óxido em fase gasosa e métodos de plasma.

2. Tecnologia de processamento: forjamento, laminação e conformação

Forjamento: O metal titânio pode ser forjado a quente ou a frio para melhorar suas propriedades mecânicas e estruturais. O forjamento a quente é adequado para peças com grandes deformações e formatos complexos, enquanto o forjamento a frio é adequado para processar peças pequenas e peças de precisão.

Rolando: O titânio metálico também pode ser produzido por laminação a quente e a frio para preparar produtos como placas, tiras e tubos. A laminação a quente pode obter produtos de maior tamanho e espessura, enquanto a laminação a frio pode obter maior qualidade superficial e precisão dimensional.

Moldagem: O metal titânio também pode ser usado para preparar peças e produtos de diversos formatos por meio de processos como fundição sob pressão, moldagem por injeção e impressão 3D. Esses processos de moldagem são adequados para a fabricação de peças com formas e estruturas complexas.

Diferença entre titânio puro e ligas de titânio

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

É uma liga à base de titânio e adicionada de outros elementos. É um metal relativamente jovem, com uma história de apenas sessenta ou setenta anos desde a sua descoberta. Os materiais de liga de titânio têm características de peso leve, alta resistência, baixa elasticidade, resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão. Eles são usados ​​principalmente em motores aeroespaciais, foguetes, mísseis e outros componentes. O titânio possui dois cristais isomórficos. O titânio é um isômero com ponto de fusão de 1720°C. Possui uma estrutura de rede cristalina hexagonal compacta quando está abaixo de 882°C, que é chamada de alfa titânio; tem uma estrutura de corpo centrado acima de 882°C. A estrutura de rede cúbica, chamada beta titânio, utiliza as diferentes características das duas estruturas de titânio acima, adiciona elementos de liga apropriados e muda gradualmente sua temperatura de transformação de fase e conteúdo de fase para obter ligas de titânio com estruturas diferentes.

Graus de titânio

1ª série

É o primeiro de quatro tipos de titânio industrialmente puro. É o mais macio e maleável desses graus. Oferece máxima conformabilidade, excelente resistência à corrosão e alta tenacidade ao impacto. Grau 1 é o material de escolha para qualquer aplicação que exija facilidade de conformabilidade e é comumente usado como placa de titânio e tubulação de titânio.

Grau 2

Devido à sua disponibilidade diversificada e ampla, o titânio Grau 2 é conhecido como o “burro de carga” da indústria comercial de titânio puro. Possui muitas das mesmas qualidades do titânio Grau 1, mas é um pouco mais forte. Ambos são igualmente resistentes à corrosão. Esta classe oferece boa soldabilidade, resistência, ductilidade e conformabilidade. Isso torna as hastes e placas de titânio Grau 2 a primeira escolha para muitas aplicações, como construção, geração de energia e indústria médica.

3ª série

Este tipo é o menos utilizado entre os tipos de titânio comercialmente puro, mas isso não o torna menos valioso. O Grau 3 é mais forte que os Graus 1 e 2, semelhante em ductilidade e apenas um pouco menos moldável – mas possui uma mecânica superior à de seus antecessores. O grau 3 é usado em aplicações que exigem resistência moderada e resistência à corrosão primária, como aeroespacial, processamento químico, indústrias marítimas, etc.

4ª série

É considerado o mais forte dos quatro tipos de titânio comercialmente puro. Também é conhecido por sua excelente resistência à corrosão, boa conformabilidade e soldabilidade. Utilizado em alguns componentes de fuselagem, vasos criogênicos, trocadores de calor e outras aplicações que requerem alta definição.

Nota 7

Mecanicamente e fisicamente igual ao Grau 2, exceto que o elemento intersticial paládio foi adicionado para torná-lo uma liga. O Grau 7 oferece excelente soldabilidade e trabalhabilidade e é a mais resistente à corrosão de todas as ligas de titânio. Portanto, é utilizado principalmente como componentes em processos químicos e equipamentos de produção.

Grau 11

Muito semelhante ao Grau 1, exceto que uma pequena quantidade de paládio é adicionada para aumentar a resistência à corrosão, tornando-o uma liga. Esta resistência à corrosão pode ser usada para prevenir a corrosão em frestas e reduzir ácidos em ambientes com cloreto. Outras propriedades úteis incluem ductilidade ideal, conformabilidade a frio, resistência útil, resistência ao impacto e excelente soldabilidade. Esta liga pode ser usada nas mesmas aplicações de titânio do Grau 1, especialmente onde a corrosão é necessária.

5ª série

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

23ª série

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

Grau 12

É uma liga altamente durável que proporciona grande resistência em altas temperaturas. O titânio grau 12 tem propriedades semelhantes às do aço inoxidável série 300. A liga pode ser formada a quente ou a frio usando prensagem, hidroformação, estiramento ou método de queda de peso. Sua capacidade de se formar de diversas maneiras o torna útil em muitas aplicações. A alta resistência à corrosão da liga também a torna inestimável para a fabricação de equipamentos onde a corrosão em frestas é uma preocupação.

9ª série

É feito de titânio puro com cerca de 3% de alumínio e cerca de 2,5% de vanádio adicionado. Esta liga geralmente possui excelente resistência à corrosão, alta resistência e boas propriedades de soldagem. A liga de titânio Gr9 é amplamente utilizada na indústria aeroespacial, construção naval, equipamentos químicos e outros campos, especialmente onde materiais de alto desempenho são necessários em ambientes corrosivos e de alta temperatura. As propriedades da liga de titânio Gr9 tornam-na um material estrutural ideal que pode ser usado para fabricar uma variedade de peças e componentes.

Mercados de aplicação de titânio

1. Aeroespacial

O metal titânio é amplamente utilizado na fabricação de estruturas de aeronaves e peças de motores, como fuselagens de aeronaves, pás de motores, etc.
Suas propriedades leves e de alta resistência permitem que as aeronaves reduzam o peso, melhorem a eficiência de combustível e aumentem a durabilidade e a segurança da aeronave.

2. Médico

O metal titânio é usado para fabricar dispositivos médicos, como implantes ósseos, articulações artificiais e equipamentos de restauração dentária.
Sua biocompatibilidade e resistência à corrosão fazem do titânio um dos materiais mais ideais na área médica.

3. Indústria automobilística

Na fabricação automotiva, o titânio é usado para fabricar componentes leves, como sistemas de escapamento, componentes de suspensão e estruturas de carroceria.
O design leve pode melhorar a eficiência de combustível, desempenho de potência e segurança do carro.

4. Engenharia Marinha

A aplicação do metal titânio na engenharia oceânica envolve dessalinização, exploração oceânica e dutos submarinos.
Sua resistência à corrosão e à corrosão da água do mar tornam o titânio um material ideal para ambientes marinhos.

5. Fabricação de artigos esportivos

O titânio é usado na fabricação de artigos esportivos de alta qualidade, como tacos de golfe, quadros de bicicletas e raquetes de tênis.
Sua alta resistência, leveza e resistência à corrosão proporcionam aos produtos de titânio excelente desempenho e durabilidade.

6. Indústria

O metal titânio é usado na indústria para fabricar equipamentos químicos, ferramentas de perfuração de petróleo e equipamentos de transmissão de energia.
Sua durabilidade em altas temperaturas e resistência à corrosão tornam o titânio metálico promissor para uso em ambientes industriais agressivos.

Alguns fatos interessantes sobre o titânio

1. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.