Ligas de Titânio para Fundição de Precisão: Tipos, Benefícios e Aplicações

Embora leve e forte, o titânio é difícil de usinar, soldar e conformar. Isso torna a fundição de precisão a melhor maneira de produzir peças neste metal.

Nesta publicação, explicaremos:

• Por que o titânio é frequentemente o material preferido para peças em ambientes exigentes
• O que o diferencia de outros metais
• Por que deve ser fundido por precisão
• Ligas de titânio para fundição de precisão

Forte, Leve e Resistente à Corrosão

Embora o titânio tenha sido descoberto no século 18, um alto ponto de fusão (3.020 °F ou 1.660 °C) e a tendência a reagir com oxigênio tornaram seu processamento difícil. Somente na década de 1960 começou a ser usado nas aplicações aeroespaciais mais desafiadoras.

A indústria aeroespacial gosta do titânio porque é apenas um pouco mais pesado que o alumínio, mas mais de duas vezes mais forte. Também resiste a trincas e fadiga e exibe muito pouco creep, tudo o que o torna ideal para componentes de estrutura aérea.

Duas outras características notáveis são resistência à corrosão e biocompatibilidade. Uma camada de óxido auto-regenerativa na superfície, que se comporta como a do alumínio, ajuda a resistir ao ataque por água salgada e a maioria dos outros produtos químicos (embora não a ácidos fortes). Isso o torna o metal preferido para uso em plantas de dessalinização e, especialmente, em trocadores de calor de dessalinização.

Além disso, a biocompatibilidade significa que é um metal que pode ser implantado em humanos sem efeitos adversos.

Desafios do Titânio

Além do alto ponto de fusão, o titânio é difícil de trabalhar porque reage facilmente com oxigênio e é difícil de usinar.

A reatividade é resolvida pela fusão e vazamento sob vácuo. No entanto, a soldagem é um problema significativo, pois é muito difícil excluir o ar completamente.

Os desafios de usinabilidade derivam da natureza "pegajosa" do metal. Em vez de deslizar suavemente pela ferramenta de corte, ele tende a grudar. Isso causa galling (adesão/fria) que encurta drasticamente a vida útil da ferramenta.

Fundição de Precisão: A Melhor Maneira de Formar Componentes de Titânio

A fundição de precisão é um processo near-net-shape (quase forma final) que pode ser realizado sob vácuo. Isso evita reações com oxigênio, elimina a necessidade de soldagem e minimiza a usinagem.

A fundição de precisão começa com uma réplica de cera da peça a ser fundida. A cera é revestida com uma suspensão cerâmica que seca formando uma casca dura. A cera é então derretida, deixando uma cavidade na qual o titânio fundido é vertido sob vácuo. Uma vez solidificada, a casca é quebrada para revelar a peça fundida.

O processo de fundição de precisão é capaz de alta precisão geométrica e reproduz fielmente detalhes finos de superfície. Undercuts, paredes finas e características reentrantes são possíveis e as tolerâncias de usinagem podem ser muito pequenas. Esta capacidade de produzir formas complexas evita a necessidade de soldar peças menores juntas.

Ligas de Titânio para Fundição de Precisão

O titânio está disponível em vários graus comercialmente puros e quatro principais tipos de liga. A ligação, principalmente com alumínio, molibdênio, vanádio e nióbio, é feita para melhorar resistência à corrosão, resistência ao creep e soldabilidade.

As quatro ligas são:

• 6AL-4V
• 6AL-4V ELI
• 3AL 2.5
• 5AL-2.5Sn

Destes, 6AL-4V é a mais amplamente fundida. Além do uso extensivo na aeroespacial, a resistência à corrosão por água salgada a torna favorita para eixos de hélice marítimos e trocadores de calor de dessalinização.

6AL-4V ELI é considerada liga de titânio de grau cirúrgico, pois tem biocompatibilidade excepcionalmente boa junto com resistência à fadiga.

3AL 2.5 é o grau de titânio mais soldável. Também é muito resistente à corrosão e frequentemente escolhido para peças usadas em processos químicos de alta temperatura, como trocadores de calor.

Aplicações de estrutura aérea requerem resistência ao creep muito alta, onde 5AL-2.5Sn se destaca. Uma alta relação resistência-peso é outra razão para usar titânio.

Fundição de Precisão de Titânio pela Impro

O titânio oferece uma série de vantagens sobre outros metais, mas é difícil de usinar, soldar e conformar. A melhor maneira de produzir peças em titânio é a fundição de precisão, que produz geometrias precisas, near-net-shape, com paredes finas e detalhes finos.

Graus comercialmente puros são usados para algumas aplicações, mas é mais comum usar titânio ligado com alumínio e outros elementos. Dependendo da composição exata, isso melhora o comportamento de fundição e a resistência ao creep e corrosão.

A maioria das peças de titânio é fundida da liga 6AL-4V, mas em algumas aplicações outras ligas podem funcionar melhor. Como uma das principais empresas de fundição de precisão, a Impro pode aconselhar sobre qual liga melhor atenderá às necessidades de seus produtos. Entre em contato para saber mais.