O titânio é um importante elemento metálico com símbolo químico Ti e número atômico 22 na tabela periódica. Possui brilho metálico branco prateado e possui excelentes propriedades como alto ponto de fusão, baixa densidade, alta resistência e forte ductilidade. Titânio é um material industrial crucial. Se você quiser saber mais sobre o titânio, continue lendo abaixo!
O outro termo para titânio
O titânio tem muitas vantagens notáveis, tais como: baixa densidade, forte ductilidade e forte resistência à corrosão, por isso também é conhecido como “metal milagroso”, “metal espacial” ou “metal marinho”.
A História do Titânio
Em 1791, o titânio foi descoberto na Inglaterra por um geólogo amador William Gregory. Em 1795, o químico alemão Klaproth, referenciando o nome das divindades Titãs da mitologia grega, chamou este novo elemento de “Titânio”. Somente em 1910 o químico americano Hunter obteve pela primeira vez titânio metálico 99.9% puro reduzindo TiCl com sódio. Em 1940, o cientista luxemburguês Kroll também produziu titânio puro usando o método de redução de magnésio. Desde então, tanto o método de redução do magnésio como o método de redução do sódio tornaram-se processos industriais para a produção de titânio.
A cor do titânio
O metal titânio tem aparência de aço, com brilho branco prateado ou cinza prateado, e é um metal de transição.
Do que é feito o titânio?
O titânio é amplamente distribuído, representando cerca de 0.44% da crosta terrestre, e é encontrado em todas as rochas, areias, argilas e outros solos. No entanto, como o titânio reage prontamente com o oxigênio, o titânio puro não é encontrado na natureza; existe principalmente na forma de dióxido de titânio. Os minérios de titânio incluem principalmente ilmenita e rutilo, e o titânio puro pode ser obtido através da purificação desses minerais.
Como é feito o titânio?
O titânio é geralmente produzido usando o Processo Kroll. Primeiramente, o minério de titânio é aquecido para produzir tetracloreto de titânio líquido (TiCl4). Em seguida, a purificação é feita por destilação fracionada. Após a destilação, adiciona-se magnésio fundido para reduzi-lo à forma de “esponja”. A esponja é então derretida para formar lingotes, que são posteriormente processados em vários produtos mecânicos, como varetas, placas, folhas e tubos. Finalmente, esses produtos mecânicos são posteriormente processados e moldados, e o tratamento de superfície é aplicado conforme necessário para otimizar o produto.
Quais são os principais tipos de titânio?
O titânio possui dois tipos de estruturas polimórficas, nomeadamente a fase α e a fase β. Com base nas características polimórficas do titânio, as ligas de titânio podem ser divididas nas seguintes três categorias principais: ligas de titânio α, ligas de titânio β e ligas de titânio α+β.
Liga de titânio alfa
As ligas alfa de titânio são divididas em ligas alfa completas e ligas quase alfa. São ligas monofásicas compostas por solução sólida de fase alfa. Eles exibem boas propriedades de trabalho a frio e a quente, estrutura estável e forte resistência à oxidação.
Liga Beta Titânio
As ligas beta de titânio são divididas em ligas beta estáveis, ligas beta metaestáveis e ligas quase beta. São ligas monofásicas compostas por solução sólida de fase beta e apresentam excelentes características de resistência, atingindo altos níveis de resistência. Eles também possuem forte resistência à corrosão e soldabilidade.
Liga de titânio α+β (Alfa+Beta)
É uma liga bifásica com boas propriedades abrangentes, incluindo estrutura estável, boa tenacidade, boa plasticidade e resistência à deformação em altas temperaturas. A liga pode ser reforçada através de processos como prensagem a quente, têmpera e tratamento de envelhecimento.
Quais são os graus comuns de titânio?
Grade 1
O titânio puro comercial de grau 1 é o tipo de titânio mais macio e dúctil. Oferece máxima conformabilidade, excelente resistência à corrosão e alta tenacidade ao impacto. É o material preferido para aplicações que exigem facilidade de conformação e é comumente usado nas indústrias aeroespacial, automotiva e de geração de energia.
Grade 2
O titânio puro comercial grau 2 é o titânio puro comercial mais comumente usado, com resistência moderada e excelentes propriedades de conformação a frio. Comparado com outros tipos comerciais de titânio puro, o titânio Grau 2 é ligeiramente mais fraco que o Grau 3, mas mais forte que o Grau 1, ao mesmo tempo que oferece resistência à corrosão. Devido à sua resistência à corrosão, é comumente usado nas indústrias naval, médica, de geração de energia e de petróleo.
Grade 3
O titânio grau 3 é o menos utilizado entre os tipos comerciais de titânio puro, mas não diminui seu valor. Possui alta resistência, boa resistência à corrosão e soldabilidade. Sua resistência é superior ao Grau 1 e ao Grau 2, mas sua ductilidade é inferior aos outros dois graus. É comumente usado na indústria naval, aeroespacial e nas indústrias de processamento químico.
Grade 4
O titânio grau 4 é considerado o mais forte entre os tipos comerciais de titânio puro, conhecido por sua excelente resistência à corrosão, boa conformabilidade e soldabilidade. É comumente usado nas indústrias aeroespacial, de processamento químico e médica para aplicações como estruturas de fuselagem, trocadores de calor, equipamentos cirúrgicos, etc.
Grau 5 ou Ti 6Al-4V
O titânio grau 5, também conhecido como Ti6Al-4V, é conhecido como o “burro de carga” das ligas de titânio e é o mais comumente usado entre todas as ligas de titânio, representando 50% do uso total global de titânio. Esta liga é caracterizada por sua leveza, resistência extremamente alta, resistência ao calor, resistência à corrosão e conformabilidade. Portanto, é altamente favorecido na indústria aeroespacial para a fabricação de motores, componentes estruturais e fixadores.
Grau 6 ou Ti 5Al-2.5Sn
O titânio grau 6 tem estabilidade extremamente forte e mantém boa soldabilidade e resistência mesmo em altas temperaturas. Ele também exibe excelentes propriedades de processamento. É comumente usado para carcaças de motores de turbinas, componentes de aeronaves e peças de processamento químico.
Grade 7
O titânio grau 7 é semelhante ao titânio grau 2, exceto pela adição do elemento intersticial paládio (na faixa de 0.12% a 0.25%), o que aumenta sua capacidade de resistir à corrosão em frestas. O grau 7 também apresenta excelente soldabilidade e é o mais resistente à corrosão entre todas as ligas de titânio. É comumente usado na fabricação de produtos químicos, dessalinização de água do mar e produção de energia.
Grade 11
O titânio grau 11, também conhecido como CP Ti-0.15Pd, é um titânio puro comercial semelhante ao grau 1 e ao grau 2, com a adição de uma pequena quantidade de paládio para aumentar a resistência à corrosão. Pode ser usado para prevenir corrosão em frestas e reduzir ácidos em ambientes com cloreto. O titânio grau 11 também apresenta alta ductilidade, conformabilidade a frio, resistência útil, resistência ao impacto e excelente soldabilidade. É comumente usado em processamento químico e trocadores de calor.
Grau 12 ou Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
O titânio grau 12, também conhecido como Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, é uma liga altamente resistente à corrosão que contém pequenas quantidades de níquel e molibdênio. Esses elementos aumentam a resistência à corrosão e aumentam a resistência da liga. É comumente usado em aplicações como navios ou plataformas de perfuração offshore.
Grau 23 ou Ti 6AL-4V ELI
O titânio grau 123, também conhecido como Ti 6Al-4V ELI, é caracterizado por alta ductilidade, alta resistência, leveza, resistência à corrosão e alta tenacidade. É a escolha preferida para aplicações odontológicas e médicas.
Qual grau de titânio é o melhor?
O titânio grau 5 (Ti 6Al-4V) é conhecido como “burro de carga” porque é responsável por metade da demanda por titânio. Devido à sua ampla gama de propriedades desejáveis, tornou-se o tipo de titânio mais comumente usado. O titânio grau 5 tem alta resistência, alta ductilidade, forte resistência à corrosão, excelente estabilidade térmica e é fácil de processar e moldar, tornando-o amplamente utilizado em indústrias como aeroespacial e marítima.
Qual é o custo do titânio?
O custo do titânio puro comercial é de aproximadamente US$ 23-25 por quilograma, enquanto o custo das ligas de titânio é de aproximadamente US$ 27-30 por quilograma.
Qual é o grau de titânio mais barato?
Atualmente, o titânio Grau 1 tem um preço relativamente mais barato, dependendo principalmente dos requisitos específicos da aplicação e das condições de fornecimento do mercado.
Que tipo de titânio é usado para anodização
Tanto o titânio Grau 2 quanto o Grau 3 podem ser usados para tratamento de anodização.
Quais são as propriedades do titânio?
Abaixo estão as propriedades físicas e químicas do titânio:
Propriedades físicas
Densidade: 4.5 gramas/centímetro cúbico
Cor: Brilho metálico branco prateado
Força: A resistência do titânio depende do grau do titânio e da concentração de seus elementos de liga.
Abundância: O titânio é o nono elemento mais abundante na crosta terrestre, quase presente em todas as rochas e sedimentos.
Resistência à temperatura: O titânio pode suportar temperaturas mais altas e mais baixas em comparação com o aço inoxidável e o alumínio.
Ductilidade: A ductilidade do titânio varia de 6% de alongamento (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) a 25% (comercialmente puro Grau 1).
Propriedade Química
Oxidação: Devido ao seu elevado potencial de oxidação, o titânio não existe na sua forma pura na natureza, mas sim na forma de óxidos em rochas e minerais.
Reatividade: Ele reage com ácidos e halogênios em altas temperaturas, mas não reage de forma alguma com álcalis.
Resistência à corrosão: O titânio tem uma resistência à corrosão extremamente forte, resistindo à corrosão de ácidos, álcalis e água do mar, porque as moléculas de oxigênio se combinam com o titânio para formar óxido de titânio.
Maquinabilidade: É fácil processar vários formatos de produtos, como hastes, placas, tubos, etc.
Processo de fabricação de metal de titânio
O processo Kroll é usado para converter titânio bruto em titânio metálico. As etapas deste processo incluem extração, purificação, produção de esponjas, fabricação de ligas, bem como modelagem e conformação.
Processo de
Concentrados de alta qualidade são extraídos de minérios brutos, como ilmenita e rutilo, e enviados às fábricas para processamento. Após o pré-tratamento para remover o teor de ferro, a ilmenita é colocada em um reator de leito fluidizado contendo cloro e carbono e aquecida a 900°C. Durante a reação química, o tetracloreto de titânio é produzido junto com o monóxido de carbono. O tetracloreto de titânio contém impurezas que precisam ser removidas para preparar o dióxido de titânio.
Purificação
O tetracloreto de titânio é submetido a destilação a vácuo em alta temperatura para purificação. O metal produzido durante o processo de extração é aquecido em grandes tanques de destilação. O processo de purificação utiliza destilação fracionada e precipitação para separar as impurezas. Devido aos diferentes pontos de ebulição de vários elementos, durante o processo de destilação, vários elementos são removidos quando atingem os seus pontos de ebulição. As impurezas removidas incluem vanádio, silício, magnésio, zircônio e ferro.
Formação de Esponja
Com a formação da esponja, o tetracloreto de titânio purificado é derramado em recipientes de reação de aço inoxidável na forma líquida. É adicionado magnésio e a mistura é aquecida a 1100°C para reagir com o cloro para produzir cloreto de magnésio. O gás argônio é bombeado para remover o ar, evitando reações com oxigênio e nitrogênio. O titânio produzido é extraído por perfuração e tratado com uma mistura de água e ácido clorídrico para remover o excesso de magnésio e cloreto de magnésio. O titânio resultante está em forma de esponja.
Criação de liga
O titânio esponjoso puro é misturado com várias ligas e sucata para fabricar ligas. Depois de derreter e misturar os metais em proporções apropriadas, os pedaços são compactados e soldados para formar eletrodos esponjosos. Estes são derretidos em um forno a arco a vácuo para formar lingotes para processamento posterior em vários produtos industriais e comerciais.
Moldar e formar
Os lingotes são retirados do forno, inspecionados, embalados e transportados para a fabricação de produtos de liga de titânio. As propriedades de cada lingote são inspecionadas para garantir que atendam aos requisitos do cliente. Os lingotes passam por diversos processos como soldagem, conformação, fundição, forjamento e metalurgia do pó durante o processo de fabricação do produto.
Quais são os benefícios do titânio?
Força elevada
O titânio possui excelente resistência, o que o torna um dos metais mais fortes da tabela periódica. Devido à sua baixa densidade, o titânio também é muito leve.
Resistência à Corrosão
O titânio reage prontamente com o oxigênio, formando uma fina camada de óxido em sua superfície, o que proporciona resistência natural à corrosão.
Biocompatibilidade
O titânio não é tóxico e é biocompatível com humanos e animais. Portanto, o titânio é frequentemente utilizado nas indústrias médica e odontológica.
Baixo coeficiente de expansão térmica
O titânio possui um baixo coeficiente de expansão térmica, resultando em expansão e contração mínimas em temperaturas extremas, levando a maior estabilidade estrutural.
Alto Ponto de Fusão
O titânio tem um ponto de fusão extremamente alto (aproximadamente 1668°C), tornando-o altamente adequado para aplicações de alta temperatura, como fundições e motores a jato de turbina.
Excelentes possibilidades de fabricação
Apesar de ser um metal muito forte, o titânio também é macio e dúctil. Isso permite que componentes de titânio sejam fabricados usando vários processos de fabricação.
Quais são as limitações do titânio?
Caro
O titânio é considerado um metal raro e sua purificação é cara e complexa.
Difícil de moldar
Máquinas avançadas e equipamentos especializados são necessários para moldá-lo em formas úteis.
Reage em altas temperaturas
Isto torna a fabricação de titânio puro e ligas de titânio complicada e altamente controlada. A produção de titânio deve ser conduzida em ambientes anaeróbicos estritamente controlados.
Baixa condutividade térmica
O titânio é um material com baixa condutividade térmica, dificultando o processamento.
Quais são as aplicações do titânio?
Indústria aeroespacial
As ligas de titânio são valorizadas no aeroespaço indústria por sua alta relação resistência-densidade, resistência à corrosão e capacidade de suportar temperaturas moderadas sem fluência.
Automotivo
O titânio é preferido na indústria automotiva devido à sua baixa densidade, alta relação resistência-peso, resistência à corrosão e resistência ao calor.
Industrial
O titânio é amplamente utilizado em ambientes industriais devido à sua alta resistência, resistência à corrosão, leveza e durabilidade. Suas aplicações incluem trocadores de calor, válvulas, tubos e bielas.
Medicina
O titânio não é tóxico e é biocompatível com os ossos humanos, o que o torna altamente adequado para aplicações médicas. Possui propriedades inerentes à integração óssea e pode ser utilizado em implantes dentários que podem durar mais de 30 anos, o que também é útil para aplicações de implantes ortopédicos.
Efeitos do titânio metálico na saúde e no meio ambiente
Efeitos do titânio na saúde
O metal titânio é um material biocompatível com excelente biocompatibilidade e não é tóxico. É comumente usado em instrumentos médicos e implantes e não tem efeitos nocivos no corpo humano.
Efeitos ambientais do titânio
O titânio não libera substâncias tóxicas, evitando assim impactos ambientais adversos. No entanto, durante o processo de produção do titânio, podem ser gerados alguns resíduos ou emissões de gases de escape. No entanto, com uma gestão eficaz e medidas de tratamento pró-activas, o impacto ambiental pode ser minimizado ao máximo.
Perguntas Frequentes:
O titânio é à prova de ferrugem?
Sim, as ligas de titânio têm excelente resistência à corrosão e podem suportar a erosão de muitos produtos químicos.
O titânio é magnético?
De modo geral, o titânio puro é normalmente não magnético porque a estrutura cristalina do titânio puro não suporta magnetismo. No entanto, certas ligas de titânio podem apresentar magnetismo, dependendo dos tipos e concentrações dos elementos de liga.
O titânio é à prova de balas?
Sim, o titânio tem capacidade à prova de balas para armas curtas e rifles de caça, mas para equipamentos de nível militar, o titânio não é à prova de balas.
Qual é a diferença entre titânio e alumínio?
Características do material
O titânio tem maior resistência e resistência à corrosão do que alumínio, embora também seja mais leve que o alumínio, mas é mais caro. O alumínio é um metal leve, com boa condutividade térmica e elétrica e menor custo comparado ao titânio.
Aplicações
O titânio é comumente usado em aplicações que exigem alta resistência e resistência à corrosão, como dispositivos aeroespaciais e médicos. O alumínio tem uma gama mais ampla de aplicações, incluindo aeroespacial, automotiva, construção e eletrônica.
Dificuldade de Processamento
Devido à sua maior resistência e resistência à corrosão, o titânio é mais difícil de processar, exigindo equipamentos e técnicas de processamento de nível superior. Em contraste, o alumínio é relativamente fácil de processar e pode ser usinado e formado utilizando métodos convencionais.
Que tipo de titânio é usado para impressão 3D?
O titânio grau 5, também conhecido como Ti-6Al-4V, é comumente usado em impressão 3D devido à sua excelente relação resistência-peso e biocompatibilidade.
Conclusão
Este artigo apresenta o que é o titânio, sua história de desenvolvimento, tipos de titânio, classificação dos graus de titânio, informações básicas sobre suas características, etc. O processo de formação de ligas de titânio é explicado principalmente pelo método Kroll, juntamente com as vantagens e desvantagens do titânio. e suas áreas de aplicação.
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