Titanio

nt face="Arial, Helvetica, sans-serif" size="2">O titânio puro apresenta, entre suas características físicas, temperatura de fusão de 1820 ºC, baixa densidade (4,5 g/cm3), boa resistência mecânica (que pode ser ainda aumentada pela adição de elementos de liga e pela execução de tratamentos térmicos ou termomecânicos) e excelente resistência à corrosão (conferida pela formação de uma camada de óxido do tipo TiO2, aderente e protetora). A principal desvantagem, que dificulta a utilização industrial deste metal e de suas ligas, é o seu elevado custo de extração e preparação. As principais aplicações do titânio e suas ligas na indústria atualmente estão concentradas em componentes para a indústria aeronáutica, implantes cirúrgicos dentais e ortopédicos e eventualmente em tubos do tipo catenárias (“risers”) para extração de petróleo.

À temperatura ambiente o titânio puro apresenta estrutura cristalina com reticulado do tipo hexagonal compacto (HCP): é a chamada fase alfa, que permanece estável do ponto de vista termodinâmico até a temperatura de 882 ºC, na qual se transforma numa estrutura cúbica de corpo centrado (CCC), conhecida como fase beta, que se mantém estável até ser atingida a temperatura de fusão mencionada.

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.

No caso do titânio comercialmente puro, a microestrutura, incluindo o tamanho de grão, e as propriedades mecânicas só podem ser modificados 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.

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 dutilidade 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 dutilidade e a tenacidade.

A elevada dutilidade 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 ligas de titânio podem ser classificadas basicamente em três grupos distintos, dependendo das fases presentes à temperatura ambiente: a) Ligas alfa; b) Ligas alfa + beta; c) Ligas beta.

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.

As ligas alfa + beta possuem teores bem mais elevados de elementos que estabilizam a

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