Leghe di titanio

Le leghe di titanio sono leghe che contengono una miscela di titanio e altri elementi chimici. Tali leghe hanno una resistenza alla trazione e una tenacità molto elevate (anche a temperature estreme). Sono leggeri, hanno una straordinaria resistenza alla corrosione e la capacità di resistere a temperature estreme.

Resistenza alla corrosione
Quando esposto all'aria, sulla superficie del titanio si forma un sottile strato di ossido. Questo strato è molto difficile da penetrare per la maggior parte dei materiali. In quanto tale, il titanio dimostra una fantastica resistenza alla corrosione e non subirà cambiamenti avversi (ad esempio vaiolature, screpolature) dovuti a sostanze corrosive.
Che venga utilizzato all'interno o all'esterno, durerà per molti anni, rendendolo una scelta eccellente per edifici e applicazioni marine, dove sarà continuamente esposto all'acqua di mare e alla pioggia.

Forza
Uno dei maggiori vantaggi del titanio è la sua forza. Non solo è uno dei metalli più resistenti del pianeta (rivaleggiando anche con l'acciaio!), ma ha anche il più alto rapporto resistenza/densità di qualsiasi elemento metallico sulla tavola periodica. Ciò lo rende un'opzione popolare in molte professioni.
Inoltre, essendo a bassa densità, il titanio è anche incredibilmente leggero.
Per mettere questo in prospettiva, il titanio ha un peso specifico di 4,5 – che è circa il 40% più leggero di una uguale quantità di rame e il 60% più leggero di una uguale quantità di ferro. Questo è uno dei motivi per cui viene spesso utilizzato nell'industria aerospaziale e per creare telai strutturali.

Non tossico
Metalli come ferro, acciaio e alluminio possono essere tossici per l’uomo.
Il titanio, invece, è biocompatibile. È completamente atossico sia per gli esseri umani che per gli animali (in parte perché è resistente alla corrosione) e, di conseguenza, può essere impiantato in modo sicuro nel corpo senza causare reazioni avverse. Questo è il motivo per cui il titanio è comunemente utilizzato nell'industria medica (ad esempio per rafforzare in modo permanente le ossa rotte) e per gli impianti dentali.

Bassa dilatazione termica
Il titanio ha un basso coefficiente di dilatazione termica.
In sostanza ciò significa che, rispetto alla maggior parte degli altri materiali di produzione, non si espanderà e si contrarrà altrettanto a temperature estreme. Infatti, si espande circa il 50% in meno rispetto all'acciaio, e quindi fornisce una stabilità strutturale molto maggiore.
Questa funzionalità è particolarmente utile se si crea una sovrastruttura che richiede una struttura rigida ma leggera. Inoltre rende il titanio adatto per applicazioni edili in cui la sicurezza antincendio è fondamentale (ad esempio grattacieli).

Alto punto di fusione
Questo è uno dei principali vantaggi del titanio. Dimostra un punto di fusione eccezionalmente alto (intorno a 1668 gradi) e, come tale, è perfetto per l'uso in applicazioni ad alta temperatura. Ad esempio, è il metallo preferito dalle fonderie, dai motori a turbina e persino da alcuni satelliti.
Vale la pena notare che questo vantaggio è rafforzato dalla bassa dilatazione termica menzionata sopra.

Eccellenti possibilità di fabbricazione
Nonostante la sua forza, il titanio è un metallo refrattario relativamente morbido e duttile. Come tale, può essere facilmente lavorato e fabbricato per creare una vasta gamma di parti e componenti metallici. Grazie alla sua resistenza all'ossidazione, può anche essere saldato all'aria aperta e in continuo, senza la necessità di alcun tipo di flussante – e la zona di saldatura non richiederà alcuna forma di protezione aggiuntiva.

Leghe alfa
Le leghe alfa sono leghe di titanio appositamente legate solo con ossigeno. Mentre altri componenti come il carbonio e il ferro si possono trovare in piccole quantità, esistono solo come impurità. Essendo un elemento di lega interstiziale, l'ossigeno aumenta significativamente la resistenza diminuendo la duttilità. Le industrie chimiche e ingegneristiche sono i principali utilizzatori delle leghe alfa.
In questo caso, l’ottimo comportamento alla corrosione e la deformabilità sono più importanti dell’elevata resistenza (specifica). La differenza principale tra i gradi di titanio commercialmente puri (cp) è la loro concentrazione di ossigeno.

Leghe quasi alfa
Le leghe di titanio quasi alfa sono le leghe ad alta temperatura più comuni. Questa classe di leghe è adatta alle alte temperature perché combina il comportamento al creep superiore delle leghe alfa con l'elevata resistenza delle leghe alfa + beta. Tuttavia, la loro temperatura massima di esercizio è ora limitata a 500-550 ºC.

Leghe beta e quasi beta
Le leghe beta sono un altro tipo di materiale di titanio. I produttori creano tutte le leghe di titanio aggiungendo al titanio una quantità sufficiente di elementi beta-stabilizzanti. Questi materiali sono disponibili da molti anni ma solo di recente hanno guadagnato popolarità. Sono più facilmente lavorabili a freddo rispetto alle leghe alfa-beta, trattabili termicamente per ottenere resistenze elevate e alcune hanno una migliore resistenza alla corrosione rispetto ai gradi commercialmente puri.

Leghe alfa e beta
Si tratta in genere di materiali con resistenza medio-alta, con resistenze alla trazione che vanno da 620 a 1250 MPa e resistenza al creep che va da 350 a 400 gradi. Oltre alle proprietà di trazione, hanno anche caratteristiche di fatica a basso ed alto numero di cicli e resistenza alla frattura.
Di conseguenza, sono state sviluppate procedure termomeccaniche e di trattamento termico per garantire che le leghe forniscano un equilibrio ottimale di proprietà meccaniche per varie applicazioni.

Prevenzione del galling
Il grippaggio non solo provoca un'usura eccessiva del titanio, ma può anche provocare una corrosione accelerata attraverso l'azione di sfregamento. Una semplice lubrificazione, utilizzando grafite o bisolfuro di molibdeno, è spesso sufficiente per superare il grippaggio. È quindi possibile utilizzare il titanio per parti in movimento o per parti in contatto strisciante con se stesso o altri metalli con carichi da leggeri a moderati. I carichi più pesanti, d’altro canto, richiedono superfici in titanio temprate. Vengono utilizzate tecniche di cementazione disponibili in commercio, come spruzzatura al plasma, impiantazione ionica, anodizzazione o nitrurazione, o tecniche di rivestimento come galvanica con cromo duro o spruzzatura a fiamma di carburo di tungsteno e altri materiali duri e resistenti all'usura.
Tali trattamenti superficiali possiedono le qualità richieste di buona aderenza oltre a resistenza all'usura e allo sfregamento. Tuttavia, è necessario prestare particolare attenzione alla compatibilità della superficie trattata con l'ambiente corrosivo a cui sarà esposta.

Pulizia dell'attrezzatura in titanio
L’efficienza delle superfici in titanio può solitamente essere mantenuta senza elaborate procedure di pulizia. Generalmente non è necessario pulire per proteggere dalla corrosione come talvolta richiesto con l'acciaio inossidabile, né la sottile pellicola superficiale di ossido si combina in alcun modo con l'acqua di raffreddamento per formare pesanti depositi minerali come talvolta accade sulle leghe a base di rame.
L'incrostazione marina delle superfici degli scambiatori di calore viene talvolta controllata mediante iniezione di cloro. Le superfici in titanio sono totalmente inalterate da tali trattamenti. Anche i tubi del condensatore di superficie in titanio vengono mantenuti puliti in questo modo e mediante sistemi di pulizia continua che utilizzano sfere di gomma o spazzole di nylon, senza effetti deleteri.

Pulizia con acido
Talvolta è necessaria la pulizia acida delle superfici in titanio per rimuovere i depositi. È possibile utilizzare cicli di pulizia con acido convenzionali purché siano presenti inibitori adeguati. Gli inibitori organici come le ammine filmanti non sono efficaci con il titanio. Lo ione ferrico come cloruro ferrico è molto efficace come inibitore del titanio nelle soluzioni acide. Ad esempio, solo lo 0,1% (in peso) di cloruro ferrico inibirà la corrosione del titanio da parte dell'acido cloridrico. A temperatura ambiente, fino al 25% (in peso) di HCl inibito con FeCl3 può essere utilizzato in sicurezza sul titanio.
L'acido nitrico è un eccellente agente passivante per il titanio e può essere utilizzato da solo o con acido cloridrico per pulire le superfici del titanio.

Pulizia delle spazzole
Si sconsiglia l'uso di spazzole metalliche in acciaio al carbonio per rimuovere i depositi dal titanio. Allo stesso modo, i tubi o i tubi in acciaio al carbonio non devono essere utilizzati per pulire i tubi in titanio ostruiti. L'accumulo di particelle di ferro incastrate o spalmate nell'acciaio può rendere il titanio suscettibile alla corrosione quando l'unità viene rimessa in servizio. Sono preferibili spazzole metalliche e tubi in acciaio inossidabile o titanio. L'attento utilizzo delle proprietà uniche del titanio garantirà molti anni di servizio esente da manutenzione per le apparecchiature fabbricate. L'errata applicazione del titanio, l'uso di procedure di pulizia inadeguate e altri abusi possono portare al fallimento. D'altra parte, l'uso attento di alcune misure preventive, in particolare quelle relative alla resistenza alla corrosione e all'usura, può prolungare significativamente la vita utile delle apparecchiature in titanio.

Requisiti delle applicazioni
Il fattore principale nella scelta di una lega di titanio è l'applicazione prevista. Che tu lavori nel settore aerospaziale, medico, automobilistico o in qualsiasi altro settore, le proprietà meccaniche e chimiche della lega devono essere in linea con le esigenze del tuo progetto. Ad esempio, Ti-6Al-4V (grado 5) è una scelta popolare per i componenti aerospaziali grazie alla sua elevata robustezza e resistenza alla corrosione.

Forza e peso
Il titanio è apprezzato per il suo eccezionale rapporto resistenza/peso. Leghe diverse offrono diversi livelli di resistenza, alcune delle quali superano la resistenza di molte leghe di acciaio. Il bilanciamento di forza e peso è fondamentale in applicazioni come attrezzature sportive e protesi.

Resistenza alla corrosione
La resistenza alla corrosione del titanio è leggendaria. Le sue leghe vengono utilizzate in ambienti difficili in cui la corrosione rappresenta un problema, come le applicazioni marine e i processi chimici. Ti-6Al-4V e Ti-6Al-4V ELI sono noti per la loro eccezionale resistenza alla corrosione.

Resistenza alla temperatura
Nelle applicazioni che coinvolgono temperature estreme, come motori a reazione o scambiatori di calore, è necessario scegliere una lega in grado di resistere alle condizioni. Leghe come Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI e Ti-5Al-2.5Sn offrono eccellenti prestazione della temperatura.

Fabbricazione e lavorabilità
Considerare la facilità di fabbricazione e lavorabilità quando si seleziona una lega di titanio. Alcune leghe possono essere difficili da lavorare, mentre altre sono più facili da usare, a seconda del processo di produzione.

Il Gruppo aderisce al principio “one-stop service, facilitando le scelte”. Continuando a soddisfare le diverse esigenze dei clienti globali nel campo della catena di fornitura mondiale dell'acciaio. Un team di vendita professionale fornisce ai clienti servizi di prima classe. Un rigoroso team di approvvigionamento e ispezione della qualità seleziona materie prime di alta qualità. Un team di spedizioni e logistica che garantisce la protezione del trasporto dei prodotti.