Leghe di titanio utilizzate per realizzare parti di alta precisione

I vantaggi dell’utilizzo del titanio nelle automobili sono evidenti, poiché consentono una significativa riduzione della massa, un minor consumo di carburante, una maggiore efficienza, un miglioramento dell’ambiente e una riduzione del rumore. La chiave è come ridurre il costo del titanio e delle sue parti in lega a un livello accettabile. Secondo lo studio, se si utilizza il processo di produzione tradizionale, il costo della laminazione dei prodotti in titanio è di 4,4 dollari USA/kg. Come regola generale, il costo di ogni fase di lavorazione dovrebbe essere raddoppiato, in modo che il costo del materiale sia almeno di 17,6 usd/kg. i prodotti laminati trasformati in pezzi finali lavorati costano fino a 44 dollari al kg. Ovviamente non è possibile sostituire le corrispondenti parti in acciaio con tale titanio. Tuttavia, l’uso di materiali di titanio metallurgici in polvere è abbastanza diverso. Se il prezzo disponibile della polvere o dei residui di spugna di titanio è 4,4-8,8 USD/kg, il costo dei grezzi pressati puri o quasi puri sarà inferiore a 4,4 USD/kg. Dopo una quantità minima di lavorazione, parti come le bielle costerebbero da 8,8 a 11 dollari al kg. La metallurgia delle polveri può non solo utilizzare materie prime a basso costo, ma anche ridurre i costi di lavorazione, in particolare il metodo di formatura a rete o formatura a rete è un modo efficace per produrre parti automobilistiche di grandi dimensioni e a basso prezzo. Si può vedere che i materiali di titanio della metallurgia delle polveri hanno una forte competitività.
Il titanio ha un elevato rapporto resistenza/massa, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione e stabilità termica e una serie di prestazioni superiori e ha ricevuto un'attenzione diffusa, ma l'uso tradizionale del titanio e delle leghe di titanio è principalmente nell'industria aerospaziale e marina. Il vincolo per il titanio civile è il costo del prodotto. La metallurgia delle polveri di titanio è un metodo completamente diverso per produrre parti in titanio da altre tecnologie. La metallurgia delle polveri può limitare gli sprechi associati alla produzione convenzionale di titanio eliminando la necessità di rifusione ad arco sotto vuoto, fusione a fascio di elettroni o fusione ad arco plasma. La polvere può essere modellata direttamente in qualsiasi forma o bobina, riducendo la quantità di materia prima necessaria per produrre parti e aumentando i rendimenti. Il processo consente inoltre la produzione di parti “near-net”, riducendo gli scarti normalmente associati alla produzione di parti tradizionali, riducendo le fasi del processo e aumentando i rendimenti. Tuttavia, ci sono ancora alcuni problemi legati alla metallurgia delle polveri che devono essere migliorati, non ultimo il controllo della contaminazione. Qualsiasi contaminazione rende il metallo inadatto per parti di alta precisione. Gli elevati standard strutturali nel settore aerospaziale rendono difficile la presenza delle leghe di titanio nel mercato aerospaziale, ma possono essere utilizzate in applicazioni civili con requisiti strutturali meno rigorosi. Uno dei settori con maggiori probabilità di applicazione su larga scala è l’industria automobilistica. Il mercato automobilistico è molto vasto e, una volta che l’applicazione del titanio nell’industria automobilistica sarà resa popolare, il suo utilizzo supererà di gran lunga quello dell’attuale mercato aerospaziale.

Prospettive per l'applicazione dei materiali civili in titanio:

Attualmente, la lega di titanio mediante metallurgia delle polveri è stata applicata a nuove automobili ad alte prestazioni, principalmente nel sistema motore e nel telaio, come nel sistema motore con lega di titanio invece di acciaio legato e acciaio inossidabile per produrre valvole, molle e così via. e bielle e altre parti. Il telaio viene utilizzato principalmente per molle, sistemi di scarico, semiassi e vari elementi di fissaggio. La giapponese Toyota Motor Corporation ha sviluppato un nuovo metodo di forgiatura mediante metallurgia delle polveri, che può ridurre efficacemente i costi. Le valvole in titanio dei motori automobilistici che utilizzano questo metodo possono ridurre il peso del 40%. La valvola di aspirazione è realizzata in lega Ti-6Al-4V mediante processo di forgiatura mediante metallurgia delle polveri, la valvola di scarico è realizzata in materiali compositi. Il materiale composito è costituito da una nuova polvere di lega con boro come agente rinforzante e la frazione in volume della polvere rinforzata con TiB è di circa il 5%. La composizione della matrice è ti-6al-4sn-4zn-1mo-0.2si-0.3 O, che ha un'eccellente resistenza al creep .