Lega di titanio GR5: ambito di applicazione e proprietà

La lega di titanio GR5 è anche nota come lega di titanio TC4 e viene spesso definita Ti-6Al-4V. È il metallo di titanio più utilizzato e il termine "lega di titanio" si riferisce tipicamente a questo grado. Possiede una buona resistenza ed allungamento.

Il titanio e le sue leghe sono noti per molte caratteristiche eccellenti come peso ridotto, elevata resistenza, forte resistenza al calore e resistenza alla corrosione. Sono acclamati come il "metallo del futuro" e promettono nuovi materiali strutturali. Il titanio e le sue leghe non solo hanno applicazioni molto importanti nell’industria aeronautica e aerospaziale, ma hanno anche iniziato ad essere ampiamente utilizzati in molti settori industriali come quello chimico, petrolifero, industria leggera, metallurgia e produzione di energia. Il titanio è resistente alla corrosione da parte del corpo umano ed è innocuo, consentendone l'uso diffuso nell'industria medica e farmaceutica. Il titanio ha anche buone proprietà di assorbimento del gas ed è ampiamente utilizzato nella tecnologia del vuoto elettronico e nella tecnologia dell'alto-vuoto.

1. Bassa densità, elevata resistenza specifica

La densità del metallo titanio è 4,51 g/cm³, che è superiore a quella dell'alluminio ma inferiore a quella dell'acciaio, del rame e del nichel. Tuttavia, la sua forza specifica è al primo posto tra i metalli.

2. Resistenza alla corrosione

Il titanio è un metallo molto attivo con un basso potenziale di equilibrio, il che significa che ha un'elevata tendenza termodinamica a corrodersi in vari mezzi. In realtà, però, il titanio è molto stabile in molti mezzi; ad esempio, è resistente alla corrosione-in ambienti ossidanti, neutri e debolmente riducenti. Questo perché il titanio ha una forte affinità con l'ossigeno. Nei mezzi contenenti aria o ossigeno-, sulla superficie del titanio si forma una pellicola di ossido densa, fortemente aderente e altamente inerte, che protegge il substrato di titanio dalla corrosione. Anche se danneggiata dall'usura meccanica, questa pellicola si autoripara o si rigenera rapidamente-. Ciò indica che il titanio è un metallo con una forte tendenza alla passivazione. La pellicola di ossido di titanio mantiene questa caratteristica a temperature del mezzo inferiori a 315 gradi.

Per migliorare la resistenza alla corrosione del titanio, sono state sviluppate tecnologie di trattamento superficiale come ossidazione, galvanica, spruzzatura al plasma, nitrurazione ionica, impiantazione ionica e trattamento laser. Queste tecniche migliorano la natura protettiva della pellicola di ossido di titanio, ottenendo la resistenza alla corrosione desiderata. Per soddisfare le esigenze di materiali metallici in ambienti come acido solforico, acido cloridrico, soluzioni di metilammina, gas di cloro umido ad alta-temperatura e cloruri ad alta-temperatura, è stata sviluppata una serie di leghe di titanio resistenti alla corrosione-come le leghe di titanio-molibdeno, titanio-palladio e titanio-molibdeno-nichel. Ad esempio, la lega titanio-32 molibdeno viene utilizzata per le fusioni di titanio, la lega titanio-0,3 molibdeno-0,8 nichel viene utilizzata in ambienti soggetti a corrosione interstiziale o vaiolatura e la lega titanio-0,2 palladio viene utilizzata per sezioni locali di apparecchiature in titanio, il tutto con risultati eccellenti.

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3. Buona resistenza al calore

Nuovi tipi di leghe di titanio possono essere utilizzati per periodi prolungati a temperature di 600 gradi o superiori.

4. Buone prestazioni alle basse-temperature

Le leghe di titanio a bassa-temperatura, rappresentate da TA7 (Ti-5Al-2.5Sn), TC4 (Ti-6Al-4V) e Ti-2.5Zr-1.5Mo, mostrano una maggiore resistenza al diminuire della temperatura, con pochi cambiamenti nella plasticità. Mantengono una buona duttilità e tenacità a basse temperature comprese tra -196 gradi e -253 gradi, evitando la fragilità a freddo, rendendoli materiali ideali per contenitori a bassa temperatura, serbatoi di stoccaggio e altre attrezzature.

5. Forte capacità anti-smorzamento

Dopo essere stato sottoposto a vibrazioni meccaniche o elettriche, il titanio metallico ha il tempo di decadimento delle vibrazioni auto-più lungo rispetto all'acciaio e al rame. Questa proprietà consente l'utilizzo del titanio nei diapason, negli elementi vibranti dei frantoi a ultrasuoni in medicina e nei diaframmi vibranti per altoparlanti audio di fascia alta-.

6. Non-magnetico e non-tossico

Il titanio è un metallo non-magnetico e non si magnetizza nemmeno in forti campi magnetici. Non è-tossico e ha una buona compatibilità con i tessuti e il sangue umani, il che ne ha portato l'adozione in campo medico.

7. Resistenza alla trazione prossima alla resistenza allo snervamento

Questa proprietà del titanio indica un elevato rapporto di snervamento (resistenza alla trazione/resistenza allo snervamento), il che significa che i materiali in titanio hanno una scarsa deformazione plastica durante la formatura. Poiché il titanio ha un elevato rapporto tra limite di snervamento e modulo elastico, presenta un significativo ritorno elastico durante la formatura.

8. Buone prestazioni di trasferimento del calore

Sebbene la conduttività termica del titanio metallico sia inferiore a quella dell'acciaio al carbonio e del rame, la sua eccellente resistenza alla corrosione consente uno spessore della parete significativamente ridotto. Inoltre, lo scambio termico tra la superficie del titanio e il vapore avviene per condensazione a gocce, riducendo la resistenza termica. Il fatto che le superfici del titanio non si scaglino riduce anche la resistenza termica, migliorando significativamente le prestazioni di trasferimento del calore del titanio.

9. Modulo elastico basso

Il modulo elastico del titanio a temperatura ambiente è 106,4 GPa, ovvero il 57% di quello dell'acciaio.

10. Proprietà di assorbimento del gas

Il titanio è un metallo chimicamente molto attivo che può reagire con molti elementi e composti ad alte temperature. L'assorbimento del gas titanio si riferisce principalmente alle sue reazioni con carbonio, idrogeno, azoto e ossigeno a temperature elevate.

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