Titânio

O titânio, que se parece com aço e tem um brilho cinza-prateado, é um metal de transição e tem sido considerado um metal raro há algum tempo. O titânio não é um metal raro, o titânio na crosta terrestre é responsável por cerca de 0.42% do peso total, é cobre, níquel, chumbo, zinco combinados 16 vezes. Classificando-se em sétimo lugar no mundo dos metais, há mais de 70 minerais contendo titânio. O titânio tem alta resistência, baixa densidade, alta dureza, alto ponto de fusão e forte resistência à corrosão. O titânio de alta pureza tem boa plasticidade, mas se torna quebradiço e duro quando impurezas estão presentes.

As ligas de titânio podem ser divididas de acordo com diferentes métodos de classificação, principalmente de acordo com a estrutura organizacional, temperatura de uso, uso e características e outras formas de classificação. 12

De acordo com a classificação estrutural: a liga de titânio pode ser dividida em liga de titânio, + liga de titânio e liga de titânio. - liga de titânio é uma liga de solução sólida monofásica com microestrutura estável, forte resistência ao desgaste e resistência à oxidação, mas não alta resistência à temperatura ambiente. - liga de titânio é uma liga de solução sólida monofásica, que tem alta resistência sem tratamento térmico e pode ser ainda mais reforçada após o tratamento térmico, mas a estabilidade térmica é baixa. + liga de titânio é uma liga bifásica com boas propriedades abrangentes, como tenacidade, plasticidade e propriedades de deformação em alta temperatura, e pode ser reforçada por tratamento térmico.

De acordo com o uso da classificação de temperatura: a liga de titânio pode ser dividida em liga de titânio para estrutura de aeronave e liga de titânio para estrutura de motor, etc., de acordo com o uso específico de temperatura e requisitos de desempenho a serem escolhidos.

Classificação por uso e características: As ligas de titânio podem ser subdivididas em ligas de titânio de baixa resistência, ligas de titânio de média resistência, ligas de titânio de alta resistência, ligas de titânio de ultra-alta resistência, ligas de titânio com tolerância a danos, ligas de titânio de baixo custo e alto desempenho, etc., para atender às necessidades de diferentes campos e aplicações.

Classificação por processo de produção: As ligas de titânio podem ser divididas em ligas de titânio fundido, ligas de titânio deformado e ligas de titânio em pó, que são classificadas de acordo com a tecnologia específica de produção e processamento.

De acordo com a classificação da estrutura de recozimento: a liga de titânio pode ser dividida em três categorias: liga de titânio, liga de titânio + e liga de titânio ε, de acordo com a divisão da estrutura de recozimento.

Devido às suas excelentes propriedades abrangentes, como alta resistência, boa resistência à corrosão e resistência ao calor, a liga de titânio é amplamente usada na aviação, aeroespacial, indústria química, desenvolvimento marítimo e outros campos. Diferentes tipos de ligas de titânio têm suas próprias características e vantagens para atender às necessidades de diferentes cenários de aplicação.

Resposta mecânica do material de titânio ao estresse ou carga aplicada. Temperatura de carga, taxa de deformação e meio ambiental afetam as propriedades mecânicas. As principais propriedades (des)mecânicas são: resistência ao escoamento e resistência à fratura, alongamento, encolhimento de superfície e trabalho de impacto, resistência à fadiga e limite de fadiga, tenacidade à fratura e taxa de crescimento de trincas por fadiga e resistência à fluência.

Resistência ao escoamento (σ0.2) e resistência à fratura (σF) A resistência do titânio puro industrial e da liga de titânio (de) está relacionada ao conteúdo dos elementos de posição de interstício (de) [O], [N], [C] e outros (de) elementos no material, e esses elementos são geralmente integrados e especificados como oxigênio equivalente [O]eq, que é calculado da seguinte forma: [O]eq=[O]+2[N]+0.75[C](porcentagem atômica). Com o aumento de [O]eq(de), a resistência ao escoamento do material de titânio (de) aumenta significativamente. A resistência ao escoamento está intimamente relacionada à microestrutura, por exemplo, + liga de titânio (Ti-6Al-4V) fina (de) estrutura isométrica (de) a maior resistência ao escoamento e resistência à fratura, pode atingir 1120MPa e 1505MPa, respectivamente.

A mistura de fase isométrica primária e acicular fina (ou folha)(de) é chamada de estrutura dimórfica, e sua resistência à fratura (1455MPa) é maior do que a isométrica grossa (de) (0MPa). A estrutura acicular completa (de)σ0.2 é a mais baixa. A resistência à fratura de ligas de titânio metaestáveis, como Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, é afetada pela deformação de laminação a frio, tratamento de solução e taxa de resfriamento (de).

O aumento do alongamento, encolhimento e energia de impacto [O]eq diminui o alongamento do titânio à temperatura ambiente (de). [N](de) tem o maior efeito, seguido por [O] e então [C]. O recozimento por um longo tempo (500h) pode fazer com que o encolhimento da superfície e o trabalho de impacto do titânio puro industrial (de) apareçam no valor mais baixo próximo a 500 graus. O alongamento em alta temperatura é em torno de 500 graus, e o valor mínimo também aparece. Quando a taxa de tração ε é 2,7×10-5/s, o desempenho do titânio puro industrial é particularmente óbvio. O alongamento do titânio de cristal fino (6μm) em alta temperatura não diminuiu.

O alongamento ou fratura da estrutura isaaxial fina (de) da liga de titânio + é temperada pela água após solução de 4V a 1088K. A fase pode ser induzida em martensita durante a deformação, mostrando que a energia de impacto Charpy e a tenacidade à fratura dinâmica são significativamente melhoradas a 223K(de). Ao mesmo tempo, o alongamento e a deformação da fratura também são aumentados. O limite de escoamento, a resistência à fratura e o alongamento das ligas Ti-5Al-2.5Fe e Ti-6Al-4V (de) podem ser aumentados em 8% ~ 15%, 5% ~ 13% e 7% ~ 14% respectivamente usando o novo processo de tratamento de hidrogênio.

Resistência à fadiga e limite de fadiga O titânio puro industrial tem um limite de fadiga (de) definido, que aumenta com o aumento de oxigênio equivalente e diminui com o engrossamento do grão. A resistência à fadiga (σN) do Ti-6Al-4V(de) (ou seja, a vida útil de 107 semanas (de) faixa de estresse) depende tanto da estrutura da liga (de) quanto do meio ambiente (de) durante o teste. A estrutura equiaxial grosseira (de) tem o menor σN, menor que 500 MPa, e em ar e solução de 3,5% NaCl, a estrutura bidimensional (de) tem um σN maior, até 650 ~ 700 MPa. Em ligas de titânio, as propriedades de fadiga de amostras lisas (de) com microestrutura equiaxial + são melhores do que aquelas da microestrutura transformada (de), e a vida de iniciação de trinca por fadiga (de) da primeira é maior. No entanto, a resistência à propagação de trinca por fadiga da estrutura transformada (de) é maior.

A tenacidade à fratura de deformação plana da liga de titânio (de) está intimamente relacionada à sua microestrutura. Independentemente do nível de resistência, a tenacidade à fratura KIC formada pelo processamento é maior do que a da mesma estrutura isêmica de resistência (de), mas o alongamento convencional (de) é danificado. Embora a composição da liga de titânio + seja determinada, devido à experiência de tratamento térmico diferente (de), ela pode parecer muito diferente (de) microestrutura. Embora o limite de escoamento seja quase o mesmo, a tenacidade à fratura de materiais orientados diferentes (de) é muito diferente. O KIC da estrutura grossa (de) foi 22% maior do que o da estrutura fina (de) na orientação TL (de) da placa espessa de Ti-6Al-4V. Para atingir um equilíbrio adequado entre tenacidade à fratura e alongamento convencional, o tratamento térmico para obter estrutura de dois estados (de) pode ser realizado. O efeito da microestrutura da liga Ti-6Al-4V (de) no crescimento lento da trinca (de) módulo de ruptura (TR)(de) é mais significativo do que o da tenacidade à fratura (JIC)(de). Se houver fase metaestável na liga, a "martensita induzida durante a deformação é útil para melhorar a tenacidade à fratura em temperatura mais baixa (de). A tenacidade à fratura da liga de titânio tipo 2 (de) é afetada pela precipitação de 2(Ti3Al) (de), a resistência aumenta e o KIC diminui.

A tenacidade à fratura da liga de titânio é determinada principalmente pela precipitação (de) fase (de) da fase. A liga Ti-15-3 é envelhecida em alta temperatura e depois em baixa temperatura, há fase grossa e fase fina (de) na microestrutura, e a resistência e a tenacidade à fratura são equilibradas satisfatoriamente. Liga de titânio fundido Ti-15-3 (de)KIC e liga de titânio Ti-6Al-4V equivalentes. Melhorar a tenacidade à fratura (de) da liga de titânio é um fator metalúrgico e também é um fator para reduzir a taxa de crescimento de trincas por fadiga (da/dN)(de).

A resistência à fluência de ligas de quase titânio é de 400 ~ 500 graus de alta temperatura (de) liga de titânio, e sua maior resistência à fluência é obtida pelo resfriamento à temperatura ambiente após tratamento térmico na zona de fase (de). O uso de ligas de (de) titânio em temperaturas mais altas danifica suas propriedades mecânicas devido à ocorrência de instabilidade metalúrgica, precipitação de Ti3X de fase ordenada, precipitação de silicatos e formação de camada superficial rica em oxigênio.

Qual é a utilidade do metal titânio?
Como a liga de titânio também tem boa compatibilidade com o corpo humano, a liga de titânio também pode ser usada como osso artificial. O zircônio é um material químico usado na indústria de energia atômica e como um material resistente à corrosão em alta temperatura e pressão, mas sua atividade em solução fica atrás apenas do sódio.

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