Titânio e suas ligas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ 
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS 
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TITANIOS E SUAS LIGAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Marabá 
2023 
 
 
Daniel Berg Silva de Souza 
Marco Antonio Albuquerque Oliveira 
Prof. Dra. Rudimylla Azeredo 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TITANIO E SUAS LIGAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Trabalho de pesquisa, apresentado ao 
docente da disciplina de Materiais 
Metálicos, com o intuito de discutir as 
características principais e as aplicações 
do titânio e suas ligas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARABÁ 
2023 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
2. PRODPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS 
3. MICROESTRUTURA 
4. PRINCIPAIS LIGAS DE TITANIO E SUAS APLICAÇÕES 
5. CONCLUSÃO 
6. REFERENCIAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O titânio é um elemento químico com o Símbolo (Ti) e número atômico 22, ele é um 
metal de transição que é conhecido por sua resistência a corrosão, alta resistência/peso 
comparada com outros metais como aço e alumínio e capacidade de formar ligas com 
outros metais. 
Também é conhecido por sua biocompatibilidade com o corpo humano, isso significa que 
o corpo humano não o rejeita quando é usado em implantes médicos como próteses e 
placas dentarias. 
O titânio foi descoberto em 1791 pelo químico britânico William Gregor, e foi nomeado 
com esse nome por causa dos titãs que eram os gigantes da mitologia grega devido a sua 
força e resistência. 
Encontrado na crosta terrestre o titânio é o nono elemento mais abundante na terra, é 
frequentemente encontrado em minerais como humanita e rútilo e extraído 
principalmente em países como Austrália e Canadá África do Sul e China. 
A extração do titânio é um processo bastante complexo que envolve vários estágios. 
Existem dois métodos principais de extração desse material, o processo Kroll e o processo 
de redução direto 
 
• Processo Kroll é o método mais comum de extração, ele começa com a extração 
do dióxido de titânio de minerais como a ilmenita e rútilo, que são então 
purificados através de processos químicos para produzir tetracloroetano de titânio. 
Ele então é reduzido com magnésio em um reator de vácuo a alta temperatura 
produzindo o titânio metálico. O titânio é então fundido e refinado para remover 
impurezas. 
• Processo de redução direta é um método alternativo de extração que envolve a 
redução do dióxido de titânio em um reator com gás hidrogênio em altas 
temperaturas. Isso produz o titânio metálico diretamente sem a necessidade de 
produzir o tetracloroetano de titânio, esse método é menos comum, porém poder 
ser mais eficiente do que o processo Kroll. 
 
 
 
Independente de qual processo seja utilizado, é um processo que utiliza muita energia e 
possui um custo elevado, porém devido as suas propriedades únicas o titânio é um 
material valioso em várias indústrias, tornando a sua extração economicamente viável. 
 
 
 
2. PROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICAS 
 
O titânio tem uma baixa densidade, uma boa resistência mecânica à tração (entre 200 e 
1370 Mpa), tem uma excelente resistência à corrosão, uma relativa abundância na 
natureza e é um bom condutor de energia térmica ou elétrica e também é conhecido por 
sua biocompatibilidade com o corpo humano. 
O seu símbolo é (Ti), o seu número atômico é 22, a sua massa atômica é de 47,867 u.m.a, 
sua eletronegatividade é 1,54, tem o ponto de fusão em 1668 °C e o ponto de ebulição em 
3287 °C, sua densidade é de 4,51 g.cm-3, sua configuração eletrônica é [Ar] 4s2 3d2, a 
sua série química: metais; grupo 4; elementos de transição. 
 
 
3. MICROESTRUTURA 
 
Submetendo o titânio a diferentes temperaturas, ele oscila entre duas estruturas 
cristalinas, ou seja, o material apresenta alotropia. Uma das fases, denominada fase α, 
apresenta estrutura hexagonal compacta e é estável à temperatura ambiente, enquanto a 
segunda fase, conhecida por fase β, é cúbica de corpo centrado e é estável em 
temperaturas superiores a 882°C. 
 
Transformações de fases 
• A temperatura de transformação pode ser aumentada ou diminuída pela adição de 
elementos de liga 
• Alfa transus 
• Beta transus 
Classes do titânio 
• Alfa 
https://engenheirodemateriais.wordpress.com/2015/07/09/alotropia-e-sua-importancia-na-engenharia-de-materiais/
 
 
• Próximo de alfa (near alpha) 
• Alfa-beta 
• Beta 
 
Adição de elementos na liga 
Como no aço, alguns elementos de liga podem ser adicionados aos materiais metálicos 
para promover a formação de uma das fases. No caso do titânio, os elementos alumínio, 
gálio e estanho possuem um caráter de gene alfa, ou seja, favorecem a estabilidade da 
fase alfa. Vanádio, nióbio e tálio são agentes β que atuam diminuindo a temperatura de 
transição alotrópica, favorecendo a formação da fase β em temperaturas abaixo de 882°C. 
Portanto, a adição de elementos de liga ao titânio e o tratamento térmico nessas ligas 
podem resultar em diferentes microestruturas e propriedades, resultando em três classes 
de ligas de titânio: α, β e α+β. Normalmente, a fase alfa é necessária quando a resistência 
à fluência é necessária, enquanto a fase beta é necessária para aplicações que exigem boa 
resistência mecânica e resistência à fadiga. A liga alfa+beta mais popular entre as ligas 
de titânio combina as melhores propriedades de ambas as fases. 
 
4. PRINCIPAIS LIGAS DE TITÃNIO E SUAS APLICAÇÕES 
 
• A principal liga de titânio é a liga de Titânio-Alumínio-Vanádio (Ti-64; TC4; 
ATSM Grau 5). Ela é composta por 6% de Alumínio (Al) e 4% de Vanádio (V) e 
é conhecida por sua alta resistência mecânica, resistência a corrosão e 
biocompatibilidade. É frequentemente utilizada em aplicações aero espaciais 
como turbinas de aviões e bem como implantes médicos e equipamentos 
esportivos. 
• Temos também a liga de Titânio-Alumínio-Estanho-Zircônio-Molibdênio (Ti-
6242). Essa liga é composta por 6% de Alumínio (Al), 2% de Estanho (Sn), 4% 
de Zircônio (Zr) e 2% de Molibdênio (Mo). Ela é conhecida por sua alta 
resistência a fadiga e a corrosão bem como a sua capacidade de ser soldada, é 
frequentemente usada em aplicações aeroespaciais como asas de aeronaves e 
também é usado na fabricação de equipamentos médicos. 
• Temos também uma variação da liga de Titânio-Alumínio-Vanádio (Titânio Grau 
9). Diferente da anterior, essa liga é composta por 3% de Alumínio (Al) e 2,5% 
 
 
de Vanádio (V). Também tem alta resistência a fadiga e corrosão bem como a sua 
facilidade de soldagem, é utilizada frequentemente em componentes de motores 
de aviões bem como em equipamentos médicos e esportivos. 
• A liga de Titânio-Molibdênio (15% de Molibdênio (Mo)). É conhecida por sua 
alta corrosão e ser biocompatível, é frequentemente usada em aplicações médicas 
como próteses de joelho e quadril. 
• Temos também a liga de Titânio-Alumínio-Zircônio-Nióbio (TI-5553). Esta liga 
é composta por 5,5 de Alumínio (Al), 5% de zircônio (Zr) e 3% de Nióbio (Nb). 
Ela é conhecida por sua Alta resistência a corrosão e a fadiga bem como por ser 
resistente ao fogo. É frequentemente usada em componentes de motores de aviões 
e até em equipamentos militares. 
 
 
5. CONCLUSÃO 
O titânio puro, por sua vez, não apresenta resistência considerável em nenhuma das 
análises, o que ressalta a importância de sempre continuar aprendendo e pesquisando 
sobre elementos de liga, fundamentais para a fabricação de qualquer componente 
metálico de elevado desempenho. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. Referências bibliográficas 
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International (2015) 
HASÇALIK, A.; ÇAYDAŞ, U. Electrical discharge machining of titanium alloy (Ti–
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RIBEIRO, M. V.; MOREIRA, M. R. V.; FERREIRA, J. R. Optimization of titanium alloy 
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CHE-HARON, C. H.; JAWAID, A. The effect of machining on surface integrity of 
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YAMADA, Makoto. An overview on the development of titanium alloys for non-
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