Titanios e Suas Ligas - Teorico
21 pág.

Titanios e Suas Ligas - Teorico


DisciplinaMetalurgia Mecânica154 materiais1.997 seguidores
Pré-visualização5 páginas
\u3b2 podem eventualmente ser classificadas como ligas 
quase \u3b2 e ligas \u3b2 metaestáveis. 
 11
 
Diagrama de fases do sistema Ti-Nb 
 
 
Diagrama de fases do sistema Ti-Mo 
 12
 
 Diagrama de fases do sistema Ti-Mo 
 
Diagrama parcial do titânio e elementos de liga \u3b2-estabilizadores 
 
Ligas Alfa (\u3b1) 
As ligas de titânio do tipo \u3b1 são formadas pelo titânio comercialmente puro (Ti CP) e 
ligas contendo elementos-estabilizadores, as quais exibem apenas a fase \u3b1 à temperatura 
ambiente. Tais ligas exibem elevada resistência à fluência e são apropriadas para uso em 
temperaturas relativamente elevadas. Como tais ligas não exibem fases metaestáveis obtidas 
através do resfriamento rápido, o emprego de tratamentos térmicos não produz variações 
significativas em termos microestruturais e de propriedades mecânicas. Além disso, como a 
fase \u3b1 (HC) não é sensível a transições dúctil-frágil, esse grupo de ligas de titânio é indicado 
para utilização em baixas temperaturas. Em termos de comportamento mecânico, as ligas tipo 
 13
\u3b1 caracterizam-se por exibir bom nível de resistência mecânica, alto módulo de elasticidade, 
boa tenacidade à fratura e baixa forjabilidade, o que se deve à estrutura HC. 
 
 
Micrografia ótica do titânio comercialmente puro com aumento de 200x 
 
As ligas monofásicas alfa não podem ter suas propriedades alteradas por tratamentos 
térmicos, mas sim somente por encruamento e recozimento subseqüente. Outro mecanismo de 
endurecimento nestas ligas é o endurecimento por solução sólida. O alumínio, o estanho e o 
zircônio (este último segundo algumas fontes) estabilizam a fase alfa. Entretanto, o teor de 
alumínio não deve ser superior a 7 %, uma vez que acima desse nível torna-se difícil o trabalho 
a quente e ocorre fragilização em baixa temperatura, devido á formação da fase Ti3Al. Uma 
característica deste tipo de liga é a transformação martensítica que ocorre devido ao 
resfriamento rápido, e a martensita resultante é conhecida como fase alfa linha. Entretanto, o 
endurecimento e a formação de fase Ti3Al reduzem a resistência à corrosão sob tensão. O 
efeito do carbono, do oxigênio, do nitrogênio e do hidrogênio nas ligas monofásicas alfa é 
idêntico ao efeito destes mesmos elementos no titânio comercialmente puro. 
 
Ligas Beta (\u3b2) 
As ligas tipo \u3b2 são obtidas quando uma quantidade elevada de elementos \u3b2-
estabilizadores é adicionada ao titânio, o que permite o decréscimo da temperatura de 
transformação alotrópica (transformação \u3b1/\u3b2) desse elemento. Caso o volume de elemento \u3b2-
estabilizador adicionado ao titânio é suficientemente alto para deslocar a temperatura de início 
da transformação martensítica para temperaturas abaixo da temperatura ambiente, a 
nucleação e o crescimento da fase \u3b1 se tornarão bastante reduzidos e dessa maneira, a fase \u3b2 
metaestável será retida à temperatura ambiente após resfriamento rápido. Este tipo de liga de 
titânio é bastante sensível a tratamentos térmicos. Tais tratamentos revelam ser uma 
ferramenta poderosa no controle e otimização do comportamento mecânico das ligas de titânio. 
Em alguns casos, dependendo da composição e parâmetros de tratamento térmico, a 
precipitação da fase metaestável \u3c9 é possível. Entretanto, a precipitação dessa fase não é 
desejável, pois a mesma leva a fragilização da liga e deve ser evitada. As ligas de titânio tipo \u3b2 
são bastante frágeis às temperaturas criogênicas e assim, não são indicadas para operação 
em baixas temperaturas. Por outro lado, como não exibem alta resistência à fluência, não são 
indicadas para emprego em temperaturas elevadas. 
As ligas de titânio do tipo \u3b2 estão sendo exaustivamente avaliadas com o objetivo de 
aplicá-las na fabricação de dispositivos para implante ortopédico, pois a estabilização da 
estrutura CCC à temperatura ambiente produz um material com baixo módulo de elasticidade 
associado à resistência mecânica elevada. Em adição, tais ligas podem ser concebidas a partir 
da utilização de elementos de liga altamente biocompatíveis como é o caso do Nb, do Ta e do 
Zr. 
 14
 
Microestruturas das ligas (a) tipo b Ti-35Nb (% em peso) 
 
 
Microestruturas da amostras laminadas, tratadas e resfriadas em água: (a) Ti-5Mo e (b) Ti-7,5Mo. 
 
 
50X 200X 
Micrografias obtidas por microscopia ótica para a amostra de Ti-13Nb 
 
 
As principais vantagens das ligas beta estão na elevada endurecibilidade, excelente 
forjabilidade, boa conformabilidade a frio na condição solubilizada e a possibilidade de serem 
endurecidas para atingir níveis de resistência mecânica relativamente altos. 
 
Ligas \u3b1+\u3b2 
As ligas do tipo \u3b1+\u3b2 incluem ligas com teor suficiente de elementos \u3b1 e \u3b2-
estabilizadores que permitem expandir o campo \u3b1+\u3b2 até a temperatura ambiente. Nesse tipo 
de liga, a combinação das fases \u3b1 e \u3b2 leva à obtenção de um ótimo balanço de propriedades, o 
que é obtido através do controle das frações volumétricas das mesmas e também de suas 
distribuições a partir de tratamentos térmicos e termo-mecânico. 
Tal procedimento resulta em uma variedade significativa de microestruturas, 
principalmente quando se compara com as microestruturas das ligas do tipo \u3b1. A liga Ti-6Al-4V 
 15
é um exemplo de liga do tipo \u3b1+\u3b2. Tal liga foi concebida para ser aplicada no setor 
aeroespacial e devido a sua elevada disponibilidade, ótima trabalhabilidade e comportamento 
mecânico superior em baixas temperaturas, tal liga se tornou a composição mais comum entre 
as ligas de titânio. Além disso, em função dessas características, essa liga é intensamente 
aplicada como biomaterial, principalmente em implantes ortopédicos. A figura abaixo exibe 
microestruturas de ligas do tipo \u3b2 e do tipo \u3b1+\u3b2. 
 
 
tipo a+b Ti-6Al-7Nb (% em peso) obtidas através por resfriamento ao ar. 
 
O titânio é um elemento de baixa densidade (cerca de 60% da densidade do aço e 
superligas) que pode ser bastante reforçado com adição elementos de ligas e em seu 
processamento. As propriedades físicas e mecânicas do titânio elementares são apresentados 
na tabela abaixo. O titânio é magnético, uma alta condutividade elétrica e é mal condutor 
térmico. Seu coeficiente de expansão térmica é um pouco menor do que o aço e menos da 
metade do que de alumínio. 
 
Tabela Propriedades mecânicas de materiais à base de titânio 
 
 16
 
 
Microestruturas 
 
A seguir serão apresentadas algumas metalografias de ligas de titânio, mostrando seus 
microconstituintes típicos. 
 
 17
 
Liga Ti-6Al-4V; 
 
Liga Ti- 6Al- 4V com morfologia 
Widmanstaten. 
 
 
Liga Ti-6Al- 4V alfa-beta com 
defeito intersticial 
 
 
Liga Ti-8Al-1Mo-1V. 
 
Liga Ti-6Al-6V-2Sn alfa - beta 
 
 
Liga Ti-10V-2Fe-3Al. 
 
 18
 
Liga Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 
 
Liga Ti puro. 
 
 
 
Microestruturas Fase Alfa 
 
 
Microestruturas Fases Alfa e Beta 
 19
 
 
Aplicações do Titânio e Suas Ligas 
 
Embora possuam menor resistência em altas temperaturas do que as superligas de 
níquel, componentes (discos, palhetas e etc) de ligas de titânio podem ser usados em 
determinados tipos de aplicação (temperaturas menos elevadas) em turbinas de jatos, com 
melhor correlação resistência mecânica/peso. 
Outra característica favorável do titânio e de suas ligas para esse tipo de aplicação é 
seu baixo coeficiente de expansão térmica em comparação com outros tipos de ligas metálicas. 
Para esse tipo de aplicação as ligas de titânio mais recomendadas são as bifásicas alfa+beta, 
como as ligas Ti-6Al-4V, Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo e Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Cr-4Mo, esta última também 
conhecida como Ti-17. 
Além do uso em componentes de turbinas, as ligas de titânio também podem ser 
usadas na estrutura das aeronaves. Na faixa de temperaturas de 150 a 500 °C as ligas de 
titânio são os materiais mais adequados. As ligas de titânio apresentam densidade (peso 
específico) e resistência mecânica intermediárias entre as ligas de alumínio e os aços. Ligas de 
titânio indicadas para este tipo de aplicação são: Ti-6Al-4V, Ti-3Al-2,5V, Ti-662 (Ti-6Al-6V-2Sn-
0,5Cu-0,5Fe),