Titânio é um elemento com um número atômico de 22 na tabela periódica. É um elemento subgrupo do quarto período, ou seja, a bandeira IVB. Além do titânio, este grupo de elementos também inclui zircônio e hapfnio. Sua característica comum é que ele tem um ponto de fusão alto e está em sua superfície à temperatura ambiente. Um filme de óxido estável é formado....
Titânio é um elemento com um número atômico de 22 na tabela periódica. É um elemento subgrupo do quarto período, ou seja, a bandeira IVB. Além do titânio, este grupo de elementos também inclui zircônio e hapfnio. Sua característica comum é que ele tem um ponto de fusão alto e está em sua superfície à temperatura ambiente. Um filme de óxido estável é formado.
1. Dez características do titânio
(1) Baixa densidade, alta resistência e alta resistência específica
A densidade de titânio é de 4,51g/cm3, que é de 57% de aço. O titânio é menos que duas vezes mais pesado que o alumínio e três vezes mais forte que o alumínio. A força específica (razão de força/densidade) da liga de titânio é a maior em ligas industriais comuns (ver Tabela 2-1). A resistência específica da liga de titânio é 3,5 vezes maior que a do aço inoxidável; 1,3 vezes a da liga de alumínio; 1,7 vezes o da liga de magnésio, portanto, é um material estrutural indispensável para a indústria aeroespacial.
Tabela 2-1 Comparação de densidade e força específica entre titânio e outros metais
(2) Excelente resistência à corrosão
A passivação do titânio depende da presença de um filme de óxido, e sua resistência à corrosão em um meio oxidante é muito melhor do que em um meio redutor. Altas taxas de corrosão ocorrem na redução da mídia. O titânio não está corroído em alguns meios corrosivos, como água do mar, cloro molhado, soluções de cloro e hipoclorito, ácido nítrico, ácido cromado, cloretos metálicos, sulfetos e ácidos orgânicos. No entanto, na mídia que reage com titânio para produzir hidrogênio (como ácido clorídrico e ácido sulfúrico), o titânio geralmente tem uma maior taxa de corrosão. No entanto, se uma pequena quantidade de oxidante for adicionada ao ácido, uma película de passivação será formada na superfície de titânio. Portanto, o titânio é resistente à corrosão em fortes misturas de ácido sulfúrico-nítrico ou ácido clorídrico-ácido nítrico, mesmo em ácido clorídrico contendo cloro livre. A película de óxido protetor de titânio é frequentemente formada quando o metal encontra água, mesmo em pequenas quantidades de água ou vapor de água. Se o titânio for exposto a um ambiente forte oxidante sem água, ele oxida rapidamente e reagirá violentamente, muitas vezes até mesmo espontaneamente inflamando. Tais fenômenos ocorreram na reação de titânio com ácido nítrico fuming contendo excesso de óxido de nitrogênio e com cloro seco. Então, para evitar tais reações, deve haver uma certa quantidade de água.
(3) Boa resistência ao calor
Normalmente o alumínio perde suas propriedades originais a 150°C, o aço inoxidável perde suas propriedades originais a 310°C, e as ligas de titânio ainda mantêm boas propriedades mecânicas em torno de 500°C. Quando a velocidade da aeronave atinge 2,7 vezes a velocidade do som, a temperatura da superfície da estrutura da aeronave atinge 230 °C, a liga de alumínio e a liga de magnésio não podem mais ser usadas, e a liga de titânio pode atender aos requisitos. O titânio tem boa resistência ao calor e é usado nos discos e lâminas dos compressores aeromotores e na pele da fuselagem traseira da aeronave.
(4) Bom desempenho de baixa temperatura
A força de algumas ligas de titânio (como Ti-5AI-2.5SnELI) aumenta com a diminuição da temperatura, mas a plasticidade não diminui muito, e ainda tem boa ductilidade e dureza em baixa temperatura, que é adequada para uso em temperatura ultra-baixa. Pode ser usado em motores de hidrogênio líquido seco e combustível de foguete de oxigênio líquido, ou como recipientes de temperatura ultra-baixa e tanques de armazenamento em naves espaciais tripuladas.
(5) Não magnético
O titânio não é magnético, é usado em cascos submarinos e não causará a explosão de minas.
(6) Pequena condutividade térmica
A comparação de condutividade térmica entre titânio e outros metais é mostrada na Tabela 2-2.
Tabela 2-2 Comparação da condutividade térmica entre titânio e outros metais
A condutividade térmica do titânio é pequena, apenas 1/5 de aço, 1/13 de alumínio e 1/25 de cobre. A má condutividade térmica é uma desvantagem do titânio, mas essa característica do titânio pode ser explorada em certas aplicações.
(7) Baixo módulo elástico
A comparação elástica do módulo de titânio e outros metais é mostrada na Tabela 2-3.
Tabela 2-3 Comparação de módulo elástico entre titânio e outros metais
O módulo elástico de titânio é apenas 55% do de aço. Quando usado como material estrutural, o baixo módulo elástico é uma desvantagem.
(8) A força de tensão e a força de rendimento estão muito próximas
A resistência à tração da liga de titânio Ti-6AI-4V é 960MPa e a força de rendimento é de 892MPa, a diferença entre os dois é de apenas 58MPa, ver Tabela 2-4.
Tabela 2-4 Comparação da resistência à tração e força de rendimento entre titânio e outros metais
(9) O titânio é facilmente oxidado a altas temperaturas
O titânio tem uma forte força de ligação com hidrogênio e oxigênio, por isso deve-se prestar atenção para evitar a oxidação e a absorção de hidrogênio. A soldagem de titânio deve ser realizada sob proteção de argônio para evitar contaminação. Tubos e folhas de titânio devem ser tratados sob vácuo, e uma atmosfera micro-oxidante deve ser controlada durante o tratamento térmico de forjas de titânio.
(10) Baixo desempenho anti-amortecimento
Os sinos são feitos de titânio e outros materiais metálicos (cobre, aço) com exatamente a mesma forma e tamanho. Se você bater cada sino com a mesma força, você vai descobrir que o sino feito de titânio oscila por um longo tempo, ou seja, através da energia dada ao sino não é facilmente dissipada pelo golpe, por isso dizemos que o desempenho amortecedor de titânio é baixo.
