Princípio: O titânio fundido é derramado em moldes pré-fabricados e solidificado para formar componentes com formato quase-rede-, normalmente usando fundição por cera perdida (fundição por cera-perdida) para geometrias complexas.
Estrutura Interna
O titânio fundido (incluindo titânio comercialmente puro e ligas como GR.5) tem uma microestrutura direcional grosseira dominada por grãos colunares ou equiaxiais, com um alto grau de segregação de elementos de liga (por exemplo, Al e V em GR.5) nos limites dos grãos. A estrutura as{5}}cast geralmente contém defeitos de fundição, como porosidade de contração, poros de gás (H₂, N₂) e inclusões não{6}}metálicas (TiO₂). Para ligas + como GR.5, a-microestrutura fundida é principalmente lamelar + (estrutura Widmanstätten), sem refinamento de grão significativo ou desenvolvimento de textura.
Densidade
A densidade teórica do titânio é 4,51 g/cm³, mas o titânio fundido tem umadensidade relativa de 95–98%devido à porosidade inerente e defeitos de contração. Cavidades de contração severa ou poros grandes podem reduzir ainda mais a densidade para menos de 95%, levando à concentração de tensão e à degradação do desempenho.
Propriedades Mecânicas
Força e Ductilidade: O titânio fundido tem resistência à tração em baixa{0}}temperatura ambiente (por exemplo, como{3}}o GR.5 fundido tem uma resistência à tração de 700–750 MPa, ~15% menor que o GR.5 forjado recozido) e baixa ductilidade (alongamento de 5–8%, menos da metade das classes forjadas) devido a grãos grossos e segregação. Seu limite de escoamento também é baixo (600–650 MPa) com anisotropia significativa causada pela solidificação direcional.
Resistência e fadiga: A tenacidade à fratura do-GR.5 fundido é de apenas 30–40 MPa·m¹/² (vs. 60 MPa·m¹/² para material forjado) e a resistência à fadiga (10⁷ ciclos) é de 200–250 MPa (uma redução de 37–50% em relação às classes forjadas), já que os defeitos atuam como locais de iniciação de trincas.
Desempenho-em altas temperaturas: A estrutura lamelar fornece resistência moderada à fluência em 300–400 graus, mas a resistência geral a altas-temperaturas é inferior ao titânio forjado devido à baixa densificação.
Princípio: Os tarugos de titânio são submetidos à deformação plástica em alta-temperatura (abaixo de -transus para ligas +) por meio de forjamento com martelo ou prensa, quebrando grãos fundidos grossos e formando uma microestrutura deformada.
Estrutura Interna
O titânio forjado tem umrefinado, deformado + microestruturacom fluxo de grão direcional (textura fibrosa) ao longo da direção do forjamento. A estrutura-forjada elimina defeitos de fundição (porosidade, segregação) e divide os grãos lamelares grossos em grãos equiaxiais ou bimodais + (dependendo da temperatura de forjamento e da taxa de resfriamento). Para GR.5, o recozimento após o forjamento produz uma estrutura + equiaxial uniforme com tamanhos de grão de 5–10 μm (vs. 50–100 μm para material-fundido).
Densidade
O forjamento elimina os poros internos e compacta o material, resultando em umadensidade relativa maior ou igual a 99,5%, próximo à densidade teórica do titânio. A densificação garante que não haja vazios internos que possam causar concentração de tensões.
Propriedades Mecânicas
Força e Ductilidade: GR.5 forjado e recozido tem resistência à tração de 860–900 MPa, limite de escoamento de 800 MPa e alongamento de 10–15%, representando uma combinação equilibrada de alta resistência e ductilidade. O fluxo direcional de grãos leva a anisotropia moderada (a resistência ao longo da direção do forjamento é 5–10% maior que a direção transversal).
Resistência e fadiga: A resistência à fratura atinge 55–65 MPa·m¹/², e a resistência à fadiga em 10⁷-ciclos é de 350–400 MPa, significativamente maior que a do titânio fundido, devido ao refinamento do grão e à eliminação de defeitos.
Desempenho-em altas temperaturas: A microestrutura bimodal do GR.5 forjado oferece excelente resistência à fluência em 300–400 graus (deformação por fluência<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Princípio: Lingotes ou tarugos de titânio são processados por laminação a quente/frio para produzir folhas, chapas ou tiras, com deformação plástica ocorrendo ao longo da direção de laminação para formar uma microestrutura texturizada e achatada.
Estrutura Interna
O titânio-laminado a quente tem umaequiaxial recristalizado + microestruturacom grãos alongados ao longo da direção de laminação (formando uma textura de laminação). O titânio-laminado a frio (antes do recozimento) tem uma estrutura deformada e endurecida-com alta densidade de deslocamento; o recozimento após a laminação a frio refina os grãos para 3–5 μm (mais finos que o titânio forjado). Para chapas GR.5, a estrutura laminada tem uma textura basal {0001} forte, levando a uma anisotropia significativa na conformabilidade e nas propriedades mecânicas.
Densidade
A laminação atinge a densificação total com umdensidade relativa maior ou igual a 99,8%, pois a deformação compressiva contínua elimina a porosidade residual e garante um empacotamento uniforme do material. A laminação a frio melhora ainda mais a densidade, reduzindo as lacunas intergranulares.
Propriedades Mecânicas
Força e Ductilidade: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 MPa), mas baixa ductilidade (alongamento<5%) due to work hardening.
Resistência e fadiga: A tenacidade à fratura do laminado GR.5 é de 50–60 MPa·m¹/² (ligeiramente inferior às classes forjadas devido à anisotropia induzida pela textura), enquanto a resistência à fadiga é de 380–420 MPa (maior que a do material forjado devido ao tamanho de grão mais fino e ao acabamento superficial liso).
Formabilidade: As chapas laminadas têm excelente conformabilidade a frio (por exemplo, dobramento, estampagem) ao longo da direção de laminação, mas a conformabilidade é baixa na direção transversal devido à textura forte, limitando seu uso em componentes de formato-complexo.
Princípio: O pó de titânio (produzido por atomização de gás ou métodos de hidreto-deidrido (HDH)) é compactado e sinterizado em altas temperaturas para formar componentes totalmente densos, permitindo a fabricação quase-de formato-rede e o controle da microestrutura.
Estrutura Interna
O titânio PM tem ummicroestrutura equiaxial-de granulação fina e uniforme(tamanho de grão 2–5 μm) sem textura direcional ou segregação, pois as partículas de pó são totalmente recristalizadas durante a sinterização. Para PM GR.5, a microestrutura é uma matriz + homogênea com partículas finas de fase - uniformemente distribuídas. No entanto, poros residuais (fração volumétrica menor ou igual a 1%) e pequenas inclusões de óxido (da oxidação da superfície do pó) podem permanecer nos limites dos grãos.
Densidade
A densidade do titânio PM depende dos parâmetros de sinterização: o titânio PM sinterizado a vácuo tem umdensidade relativa de 98–99,5%, enquanto o pós{0}}tratamento por prensagem isostática a quente (HIP) pode aumentar a densidade para maior ou igual a 99,8%, correspondendo aos níveis de titânio forjado. O pó HDH (formato irregular) produz menor densidade do que o pó -atomizado a gás (formato esférico) devido à baixa eficiência de empacotamento.
Propriedades Mecânicas
Força e Ductilidade: PM sinterizado GR.5 tem resistência à tração de 800–850 MPa, limite de escoamento de 750–780 MPa e alongamento de 8–12% (ligeiramente inferior aos graus forjados devido à porosidade residual). O PM GR.5 tratado com HIP- atinge resistência à tração de 850–900 MPa e alongamento de 10–15%, comparável ao titânio forjado.
Resistência e fadiga: A tenacidade à fratura do PM GR.5 é de 45–55 MPa·m¹/² (inferior à do material forjado devido às inclusões de óxido) e a resistência à fadiga é de 300–350 MPa (melhorada para 380–400 MPa com HIP). A estrutura de granulação fina-dá ao titânio PM excelente resistência ao desgaste, excedendo a das classes forjadas.
Custo e Personalização: o PM permite a produção de componentes complexos com o mínimo de desperdício de material, mas a oxidação e a porosidade do pó limitam seu uso em aplicações aeroespaciais de alta-fadiga, tornando-o adequado para componentes industriais e médicos (por exemplo, implantes ortopédicos) com requisitos moderados de desempenho.
