UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE UFRN

CENTRO DE TECNOLOGIA CT

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS DEMat

SELEO E ESPECIFICAO DE MATERIAIS MTR0501

LIGAS DE TITNIO

Natal/RN

2015

GUSTAVO BRUNO DA SILVA PEREIRA

LIGAS DE TITNIO

Trabalho de monografia realizado para

Obteno da unidade avaliativa 1 da

Disciplina Seleo e Especificao de Materiais

Do curso de Engneharia de Materiais/UFRN.

Professor.Dr.Engenheiro

Wanderson Santana da Silva

Natal/RN

2015

Resumo

O titnio o nono elemento em abundncia na crosta terrestre. Est quase

sempre presente em rochas gneas. Ocorre em minerais como rutilo, ilmenita,

titanita (esfeno), anastsio, perovskita etc. e em muitos outros minrios. Titnio

forte como o ferro, mas 45% mais leve. Por outro lado, ele 60% mais pesado

do que o alumnio, mas cerca de duas vezes mais forte (mais resistente

deformao mecnica). As ligas de titnio com alumnio, ou molibdnio, ou

mangans, ferro e outros metais como vandio, tm grande interesse industrial.

Alm disto, resistncia corroso em determinados meios especialmente

corrosivos (cido sulfrico e cloro, por exemplo), e suas propriedades a

temperaturas sub-zero fazem do titnio e suas ligas candidatos obrigatrios na

seleo de materiais para determinadas aplicaes. Ligas de titnio so, em

geral, empregadas em aplicaes visando elevada resistncia relao

resistncia/peso. O titnio normalmente obtido a partir do nutilo (TiO2), atravs

do processo Kroll. temperatura ambiente, o Ti puro apresenta-se na fase alfa

com estrutura cristalina hexagonal compacta (HCP), a qual se transforma

. A adio

de elementos de liga visa basicamente a manuten

manipulao microestrutural das ligas de titnio por meio de tratamentos

trmicos baseia-

resfriar o material.

ser -

- . A partir destas fases, inmeras caractersticas e

propriedades de grande importncia so possveis de serem obtidas e com

finalidades para aplicaes distintas.

SUMRIO

RESUMO

1. Introduo 1

2. Objetivos 2

3. Reviso Bibliogrfica

3.1. Obteno do Titnio 2

3.2. Titnio e suas Ligas 3

3.3. Microestrutura e Propriedades 7

3.4. Custo Relativo e Disponibilidade 12

4. Aplicaes e Concluses 13

5. Referncias 14

1

1. Introduo

O titnio o nono elemento em abundncia na crosta terrestre (0,63 cg/g). Est quase sempre presente em rochas gneas. Ocorre em minerais como rutilo, ilmenita, titanita (esfeno), anastsio, perovskita etc. e em muitos outros minrios. Seus compostos so encontrados em cinzas de carvo, em plantas e no corpo humano. O Ti est presente em meteoritos, em espectros de estrelas e no Sol. Algumas rochas obtidas durante a misso lunar com a Apolo 17 mostraram a presena de 12,1% de Ti como TiO2; outras rochas, obtidas em outras misses Apolo anteriores a esta, mostram porcentagens menores. No h indcios de que o titnio seja txico ao ser humano; assim, por ser biocompatvel, ele e suas ligas so usados em prteses diversas [3].

A ilmenita, do qual obtida a maior parte do titnio, um minrio preto composto de xidos de ferro e titno (FeTiO3). O rutilo um xido de titnio, TiO2, e dos trs xidos de titnio (rutilo, anatsio e brookita), ele o mais abundante. Seus cristais so marrom-avermelhados ou vermelhos e so comercializados como pedras semipreciosas. O quartzo pode conter rutilo, formando lindos cristais de quartzo rutilados usados como joias [3].

A excelente relao resistncia/peso das ligas de titnio, combinada sua rigidez e suas propriedades alta temperatura so fatores importante que conduziram, a partir da dcada de 1950, a sua ampla (e crescente) aplicao na indstria aeroespacial, apesar dos custos relativamente elevados para sua obteno [2].

Ti forte como o ferro, mas 45% mais leve. Por outro lado, ele 60%

mais pesado do que o alumnio, mas cerca de duas vezes mais forte (mais resistente deformao mecnica). As ligas de titnio com alumnio, ou molibdnio, ou mangans, ferro e outros metais como vandio, tm grande interesse industrial [3]. Alm disto, resistncia corroso em determinados meios especialmente corrosivos (cido sulfrico e cloro, por exemplo), e suas propriedades a temperaturas sub-zero fazem do titnio e suas ligas candidatos obrigatrios na seleo de materiais para determinadas aplicaes [2]. mecnica relativamente baixa, mas de fcil fabricao e processamento, empregado para aplicaes onde resistncia corroso a considerao mais importante na seleo [2]. Ligas de titnio so, em geral, empregadas em aplicaes visando elevada resistncia relao resistncia/peso. Nestas aplicaes crticas, reprodutibilidade de propriedades e nvel muito baixo de defeitos (incluses, segregao etc.) requerido e, normalmente, o custo de processamento bem mais elevado. A tendncia atual, nestas ligas, o desenvolvimento (alloy design) de ligas especiais para aplicaes especficas [2].

2

Entre seus compostos, o de maior uso (95%) o dixido de titnio, TiO2, na fabricao de tintas para edificaes e tambm nas de uso artstico (especialmente nas tintas brancas), no s pela sua estabilidade, como tambm pelo seu poder de cobertura. Encontra-se tambm em papis, pastas de dente, plsticos etc [3].

2. Objetivos

Os principais objetivos deste trabalho consistem numa breve reviso

bibliogrfica a respeito do material metlico Titnio e suas ligais comerciais. Dispondo das principais caractersticas desde o processamento at as propriedades almejadas para a aplicao do material. Levantamento quanto ao custo relativo em comparao a outros materiais tambm sendo objetivado. 3. Reviso Bibliogrfica

3.1 Obteno do Titnio

O titnio normalmente obtido a partir do nutilo (TiO2), atravs do

processo Kroll. Neste processo, o xido convertido, inicialmente, em TiCl4 (tetracloreto de titnio). Utiliza-se o magnsio, que tem maior afinidade pelo cloro do que o titnio, para reduzir este cloreto, obtendo-se um produto poroso de titeletroliticamente e o cloro e o magnsio recirculados no processo [2].

Figura 1: Processamento do titnio (Processo Kroll) (Retirado de:

http://pt.slideshare.net/DanielMarques33/titanio-eng-metalurgica-e-de-materiais-uenf).

Os pedaos de esponja so compactados, com ou sem adio de

elementos de liga, para formar um eletrodo destinado refuso sob vcuo (VAR). A refuso sob vcuo essencial para controlar a absoro de oxignio e nitrognio do ar, extremamente perniciosos para as propriedades do titnio e suas ligas. Dupla refuso sob vcuo pode ser empregada, quando refino e homogeneidade elevados so requeridos [2].

3

Figura 2: Obteno do titnio metlico (Retirado de: Titnio e suas Ligas Andr Paulo

Tschiptschin METMAT, Apresentao de Slides).

3.2 Titnio e suas Ligas

temperatura ambiente, o Ti puro apresenta-se na fase alfa com estrutura

cristalina hexagonal compacta (HCP), a qual se transforma alotrpicamente a 882C na fase 2003) (Geetha, et al., 2009) [1].

ou trmicos baseia-

ica) (Murakami, 1980) (Donachie Jr., 1988) (Schneider, 2001) [1].

O titnio tem grande afinidade pelos elementos hidrognio, carbono, nitrognio e oxignio, todos formadores de solues slidas intersticiais. A presena destes elementos tende a aumentar a dureza e a resistncia. Uma vez que o oxignio normalmente, o intersticial mais importante, comum expressar

Figura 3 mostra o

importante observar que qualquer efeito benfico do oxignio nas propriedades do titnio normalmente perdido acima de 300C [2].