A "escada de resistência" das ligas de titânio: quatro maneiras de tornar o metal mais forte - Blog

Comumligas de titâniosão classificados em cinco graus de resistência: baixa resistência (<500 MPa), standard strength (>500 MPa), medium strength (>900 MPa), alta resistência (classe de 1.000 MPa) e ultra{3}}resistência (classe de 1.200 MPa). Hoje, explicaremos exatamente por que cada classe é mais forte que a anterior-existem apenas algumas maneiras de tornar os metais mais fortes. Depois de compreender esses quatro "truques de fortalecimento", você será capaz de descobrir por si mesmo por que a hierarquia de cinco-séries está organizada dessa maneira.

Grau 1 (<500 MPa): Pure Titanium-Supported by "Impurities" At the very bottom of the ladder is industrial-grade pure titanium, designated as ASTM Grades 1–4.
O titânio puro quase não contém elementos de liga, então de onde vem sua resistência? A resposta é surpreendente:{0}}ela depende principalmente de impurezas de oxigênio. O titânio puro-de grau industrial é classificado pelo teor de oxigênio: o grau 1 tem um teor de oxigênio não superior a 0,18% e uma resistência à tração de aproximadamente 240 MPa; O grau 2 tem um teor de oxigênio de cerca de 0,25% e uma resistência à tração de aproximadamente 345 MPa; no Grau 4, o teor de oxigênio sobe para 0,40% e a resistência à tração atinge 550 MPa, enquanto a ductilidade diminui progressivamente. Em outras palavras, quanto maior o grau do titânio puro, mais forte ele é. O segredo não está no “titânio mais puro”, mas precisamente em “mais impurezas”.

Essa classe também inclui duas "variantes especiais-resistentes à corrosão": GR7 (Ti-0,2Pd), que contém 0,2% de paládio e é projetada especificamente para ácidos altamente redutores, como ácido clorídrico de alta-temperatura e ácido sulfúrico; e GR12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni), que substitui o caro paládio por molibdênio e níquel, oferecendo resistência à corrosão próxima à do TA9 a um custo menor. Nenhum deles tem alta resistência, mas nas indústrias química e de cloro e álcalis, onde reatores, trocadores de calor e tubulações devem ser “resistentes à ferrugem, fáceis de soldar e capazes de durar décadas”, a resistência simplesmente não é uma consideração importante.

Level 2 (>500 MPa): Os elementos de liga fazem sua estreia. Subindo do nível anterior, os engenheiros começam a adicionar elementos ao titânio, introduzindo substituição e fortalecimento da solução sólida.
Ti-5Al-2.5Sn: Uma liga clássica. 5% de alumínio fornece fortalecimento da solução sólida, enquanto 2,5% de estanho auxilia no fortalecimento. Atinge uma resistência de 700 MPa, é moldável e soldável e apresenta uma tenacidade particularmente boa a baixas temperaturas. No passado, era amplamente utilizado em recipientes criogênicos para hidrogênio líquido e oxigênio líquido.
Ti-2Al-1,5Mn: Uma liga + que usa manganês barato para estabilizar a fase. Com resistência de 600 MPa, oferece bom desempenho de estampagem e soldagem e é uma escolha comum para peças de chapa metálica de baixo custo.
Ti-2,5Cu (IMI230 britânico): o "estranho" nesta classe-os livros didáticos observam especificamente que ele "pode ser endurecido pela idade-". O cobre forma uma fase de precipitação de Ti₂Cu no titânio, seguindo o quarto mecanismo de fortalecimento; é uma das poucas quase-ligas que pode ser reforçada através de tratamento térmico.

Grade 3 (>900 MPa): GR5, situado no meio da escada do "-campeão versátil" de ligas-de fase dupla, é o grau mais proeminente em toda a indústria de titânio, com apenas uma estrela: GR5, Ti-6Al-4V ou Grau 5 de acordo com o padrão americano. É definida mundialmente em apenas cinco palavras: “a liga de titânio mais utilizada”. Esta liga única é responsável por 55% a 65% da produção global de ligas de titânio. Desenvolvido pela primeira vez em 1954 no Water City Arsenal, nos Estados Unidos, permaneceu um produto básico por sete décadas.

Nível 4 (1000 MPa): Subindo ainda mais na encosta íngreme da curva de liga, a liga representativa é Ti-6Al-6V-2Sn, que também contém pequenas quantidades de cobre e ferro. A abordagem é simples: basear-se na formulação GR5, aumentando o vanádio de 4% para 6% e, em seguida, adicionar 2% de estanho e cobre-ferro. Isso resulta em uma maior proporção de fase e maior solução sólida, elevando a resistência para 1.000–1.100 MPa, tornando-o adequado para peças forjadas e fixadores aeroespaciais sujeitos a cargas mais altas.

Conclusão
Do titânio puro com resistência de 240 MPa, suportado por impurezas de oxigênio, até uma nova liga de alumínio com resistência de 1.500 MPa obtida por meio de nano-precipitados, cada degrau nesta "escada de força" representa o surgimento de um novo mecanismo de fortalecimento: solução sólida intersticial → solução sólida de substituição → interface bifásica → nano-precipitados. Essencialmente, o que os cientistas de materiais têm feito nos últimos setenta anos é erguer barreiras às deslocações; quanto mais precisamente esses bloqueios forem construídos, maior será a resistência.

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