Titanios e Suas Ligas - Teorico

arranjo atômico; (c) átomos 
dentro da célula unitária. 
 
As principais aplicações do titânio e suas ligas na indústria atualmente estão 
concentradas em componentes para a indústria aeronáutica, implantes cirúrgicos dentais e 
ortopédicos. 
A cinética de transformação de fase beta para fase alfa durante o resfriamento 
influencia as propriedades do titânio e suas ligas. Dependendo dessas condições de 
transformação, podem surgir à temperatura ambiente fases metaestáveis. Do mesmo modo, a 
adição de determinados elementos de liga a partir de certos níveis de teores fazem com que a 
fase beta possa ser estável à temperatura ambiente, podendo coexistir com a fase alfa ou até 
mesmo predominar ou ser a única fase estável, dependendo dos teores de determinados 
elementos que favorecem a formação da fase beta, como será visto com mais detalhe mais 
adiante neste texto. 
A elevada ductilidade do titânio se deve á facilidade de formar maclas em vários planos 
cristalográficos, mas ao contrário de outros metais com estrutura cristalina tipo HCP, o titânio 
também apresenta deslizamento de discordâncias em outros planos diferentes do plano basal, 
devido á baixa razão c/a (parâmetros do reticulado HCP). O nitrogênio e o oxigênio restringem 
a formação de maclas e o deslizamento de discordâncias de modo ainda não esclarecido. 
As propriedades do titânio e de suas ligas são bastante afetadas pela presença de 
elementos intersticiais (hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e carbono). Ao contrário do hidrogênio, 
do oxigênio e do nitrogênio, que apresentam solubilidade relativamente elevada no titânio, o 
carbono não é solúvel, tendendo a formar carbonetos. 
O hidrogênio é um elemento que apresenta elevada difusividade, pois seu diâmetro 
atômico é muito pequeno. Por este motivo é um elemento facilmente absorvido em estruturas 
cristalinas, mesmo quando a temperatura é relativamente baixa, podendo ser removido por 
recozimento em alto vácuo. Em solução o hidrogênio não afeta as propriedades mecânicas, 
mas sim quando se precipita sob a forma de hidretos de titânio, reduzindo acentuadamente a 
ductilidade e a tenacidade. O resfriamento lento de 400 ºC até a temperatura ambiente 
favorece a precipitação de hidretos, assim como o envelhecimento natural, isto é, à 
temperatura ambiente, mesmo por apenas alguns dias. 
O aumento dos teores de oxigênio e de nitrogênio também reduz a tenacidade do 
titânio (principalmente o nitrogênio), mesmo bem abaixo dos limites de solubilidade desses 
elementos, pois favorecem a formação de estruturas aciculares (as chamadas estruturas de 
Widmanstätten). O carbono, em teores de até 0,3 %, aumenta a resistência mecânica do 
titânio, podendo formar carbetos, porém reduz a ductilidade e a tenacidade. 
 A possibilidade de dissolução de elementos intersticiais e sua influência sobre o 
comportamento mecânico é de grande importância em vários processos, obrigando executar 
em uma atmosfera inerte ou vácuo qualquer aquecimento. Da mesma forma, a sua dissolução 
muito altera a temperatura de transformação alotrópica, por isso pode causar uma mudança na 
microestrutura. 
No caso do titânio comercialmente puro, a microestrutura, incluindo o tamanho de grão, 
e as propriedades mecânicas só podem ser modificadas por seqüências de encruamento e 
recozimento. O resfriamento rápido a partir do campo beta (1000 ºC, por exemplo) não suprime 
a formação de fase alfa, mas forma contornos mais irregulares, resultando em maior resistência 
mecânica. 
 
 
Titânio e suas ligas 
 
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Características Gerais 
 
O titânio existe em duas formas cristalográficas. Em temperatura ambiente, não ligado 
(comercialmente puro) titânio tem estrutura cristalina hexagonal compacta (HC) e estrutura 
cristalina denominada fase alfa (α). A 883 ° C , ocorre a transição de hexagonal compacta (HC) 
para estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), conhecida como fase beta (β). A 
microestrutura do titânio não ligado recozido é alfa acicular, a presença desta microestrutura 
indica que o material foi aquecido a temperatura acima de beta. 
 A manipulação destas variações cristalográficas através de adições de liga e 
processamento termomecânico é a base para o desenvolvimento de uma ampla gama de ligas 
e propriedades. Essas fases também fornecem uma maneira conveniente de classificar as ligas 
de titânio. Com base nas fases presentes, ligas de titânio podem ser classificadas como ligas α, 
ligas β, α + β ou ligas. 
A microestrutura alfa equiaxial só pode ser produzida por recristalização do material. 
Em titânio não ligado, não é possível reter a estrutura beta em baixas temperaturas, porém 
com adições de elementos estabilizadores de beta, como o ferro, isto pode ser conseguido. 
O tamanho de grão, forma do grão e contorno de grão, têm uma influência muito 
significativa nas propriedades mecânicas das ligas de titânio. As ligas de titânio podem 
apresentar um aumento/diminuição de suas propriedades devido a transformação de fase, com 
isso podendo melhorar/comprometer a resistência à tração, ductilidade, tenacidade, 
propriedades e cíclico. Por outro lado existem também elementos químicos como o oxigênio, 
hidrogênio e nitrogênio que mudam as propriedades do material. Por exemplo, a 
disponibilidade de oxigênio em altas temperaturas acelera a conversão de alguns átomos de 
metais de óxidos. A oxidação do material está diretamente ligada a temperatura, quanto maior 
é a temperatura maior será a oxidação. Uma complicação adicional é a alta afinidade do titânio 
com o oxigênio e sua capacidade de “pegar o oxigênio” de o ar. O oxigênio dissolvido muda 
muito a resistência e a maleabilidade das ligas de titânio. O hidrogênio é outro elemento que 
pode afetar significativamente as propriedades de ligas de titânio, ele tende a causar 
fragilização por hidrogênio, enquanto (oxigênio e nitrogênio) vão aumentar a resistência e 
reduzir a ductilidade. 
 Os elementos de liga empregados na obtenção das ligas de titânio podem ser 
classificados em três grupos: α-estabilizadores, β-estabilizadores e neutros. Enquanto a adição 
de elementos definidos como α-estabilizadores resultam no aumento da temperatura de 
transformação alotrópica, outros elementos, descritos como β-estabilizadores promovem o 
decréscimo de tal temperatura. Quando uma transformação eutetóide ocorre, tal elemento β-
estabilizador é definido como β-estabilizador eutetóide, ou ainda, β-estabilizador isomorfo. Se 
nenhuma mudança significativa na temperatura de transformação alotrópica é observada, o 
elemento de liga é descrito como um elemento neutro. A figura abaixo exibe uma 
representação esquemática dos tipos de diagrama de fase formados com os diversos tipos de 
elemento de liga do titânio. 
 
 
Representação esquemática dos tipos de diagrama de fases entre o titânio e seus 
elementos de liga. 
Entre os elementos α-estabilizadores estão os metais dos grupos IIIA e IVA (Al e Ga) e 
os elementos intersticiais C, N e O. A próxima figura mostra o diagrama de fases do sistema Ti-
Al. 
 
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 Diagrama de fases do sistema Ti-Al 
Por outro lado, entre os elementos β-estabilizadores estão os metais de transição (V, 
Ta, Nb, Mo, Mg, Cu, Cr e Fe) e os metais nobres. A figuras abaixo mostram o diagrama de 
fases do sistema Ti-Nb, do tipo β isomorfo e o diagrama de fases do sistema Ti-Mo, do tipo β 
eutetóide. Um elemento considerado por alguns autores do tipo β-estabilizador de baixa 
intensidade e dessa forma também definido como neutro é o Zr, que tem seu diagrama de 
fases com o Ti mostrado na figura 1.2.5. A adição de elementos α e β-estabilizadores ao titânio 
produz um campo no diagrama de fases correspondente onde coexistem as fases α e β. 
As ligas de titânio exibem uma gama bastante ampla de propriedades, as quais estão 
relacionadas à composição química e os tratamentos térmicos e mecânicos empregados. De 
acordo com a natureza de suas microestruturas, as ligas de titânio podem ser classificadas em 
ligas α, β e α+β. Além disso, as ligas