Por que o Corte a Fio de Ligas de Titânio é Desafiador — e Como Superar

Se você deseja usinar titânio por CNC, frequentemente precisa de mais tempo para pensar em como usinar ligas de titânio de forma mais fácil. Porque sempre foi desafiador processar ligas de titânio por corte a fio, sendo este o melhor método de processamento. Por que é desafiador processar ligas de titânio por corte a fio?

Para resolver, devemos primeiro entender algumas propriedades metálicas comuns das ligas de titânio.

O que é liga de titânio?

O titânio é um novo tipo de metal. Seu desempenho relaciona-se com o teor de impurezas como carbono, nitrogênio, hidrogênio e oxigênio. O iodeto de titânio mais puro tem teor de impurezas não superior a 0,1%, mas baixa resistência e alta plasticidade. As propriedades do titânio industrial puro a 99,5% são: densidade ρ=4,5 g/cm³, ponto de fusão 1725℃, condutividade térmica λ=15,24 W/(m·K), resistência à tração σb=539 MPa, alongamento δ=25%, taxa de contração de seção ψ=25%, módulo elástico E=1,078×10⁵ MPa, dureza HB195.

Quais são as propriedades das ligas de titânio?

• Alta resistência específica

A densidade da liga de titânio é geralmente cerca de 4,51 g/cm³, apenas 60% do aço. A densidade do titânio puro é próxima ao aço comum, e algumas ligas de alta resistência excedem a resistência de muitos aços estruturais. Portanto, a resistência específica (resistência/densidade) da liga de titânio é muito maior que outros materiais metálicos estruturais, permitindo produzir peças com alta resistência unitária, boa rigidez e leveza. Ligas de titânio são usadas em componentes de motores de aeronaves, esqueletos, revestimentos, fixadores, trens de pouso e componentes aeroespaciais.

• Alta resistência térmica

A temperatura de operação é várias centenas de graus superior à das ligas de alumínio, mantendo a resistência necessária a temperaturas moderadas. Pode trabalhar longamente a 450-500°C, enquanto a resistência específica das ligas de alumínio diminui significativamente a 150°C. A temperatura de trabalho da liga de titânio atinge 500°C, enquanto a da liga de alumínio é abaixo de 200°C.

• Boa resistência à corrosão

A liga de titânio em atmosfera úmida e meio de água do mar tem resistência à corrosão muito superior ao aço inoxidável; resistência particularmente forte à corrosão por pites, ácida e por tensão; excelente resistência a ácidos nítrico, sulfúrico, etc. No entanto, o titânio tem baixa resistência à corrosão em meios redutores de oxigênio e sais de cromo.

• Bom desempenho a baixa temperatura

As ligas de titânio mantêm suas propriedades mecânicas a temperaturas baixas e ultra-baixas. Em temperaturas extremamente baixas, ligas com elementos intersticiais extremamente baixos, como TA7, mantêm certa plasticidade a -253°C. Portanto, a liga de titânio também é importante material estrutural criogênico.

• Alta atividade química

O titânio tem alta atividade química e produz fortes reações químicas com O, N, H, CO, CO₂, vapor d'água, amônia, etc. na atmosfera. Quando teor de carbono > 0,2%, forma-se TiC duro na liga; em alta temperatura, forma-se camada superficial dura de TiN com N; acima de 600°C, o titânio absorve oxigênio formando camada endurecida de alta dureza; aumento de hidrogênio forma camada de fragilização. A profundidade da camada superficial dura e frágil por absorção de gás atinge 0,1-0,15 mm, com grau de endurecimento de 20-30%. A afinidade química do titânio também é grande, aderindo facilmente à superfície de atrito.

• Baixa condutividade térmica

A condutividade térmica do titânio λ=15,24 W/(m·K) é cerca de 1/4 do níquel, 1/5 do ferro, 1/14 do alumínio, e a de várias ligas de titânio é cerca de 50% menor. O módulo elástico da liga de titânio é cerca de 1/2 do aço, então sua rigidez é ruim e fácil de deformar, não sendo adequada para hastes esbeltas e peças de parede fina.

Resumo

Portanto, segundo as propriedades metálicas acima, o titânio é um metal com alta resistência, alta dureza, alta resistência ao calor e baixa condutividade térmica. O processo de corte a fio ocorre pelo fenômeno de corrosão elétrica, a descarga de alta frequência entre o fio de molibdênio e a peça, e a alta temperatura instantânea funde o metal para corte.

O metal titânio é muito estável no ar à temperatura ambiente. Apenas quando aquecido em alta temperatura por certo tempo muda de cor, principalmente para azul. Isso ocorre porque, quando o titânio metálico é aquecido no ar, oxida com oxigênio formando filme de óxido denso.

Esta camada de filme de óxido não apenas protege a superfície do titânio, mas é a fonte fundamental da mudança de cor. A equação de oxidação é Ti+O₂==TiO₂, condição: aquecimento em alta temperatura (camada afetada pelo calor em ambos os lados da fenda de corte a fio). Quando a temperatura é baixa, o filme de óxido é quase transparente, difícil de perceber a olho nu, mas ao subir a temperatura, o filme engrossa gradualmente e interfere com a luz. Cores diferentes aparecem. Portanto, a espessura do filme de óxido determina a cor da superfície do titânio.