TiBrasil Titânio Ltda.
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Algumas importantes propriedades físicas do titânio comercialmente puro (sem elementos de liga) estão relacionadas na tabela n.1. Note que a densidade deste metal é de aproximadamente 56% da maioria dos aços liga, e que seu módulo de elasticidade da aproximadamente 50%. A expansão térmica é também de aproximadamente 50% em relação ao aço inoxidável e um pouco menor do que a do aço carbono. A condutividade térmica é aproximadamente a mesma do aço inox. TABELA 1 Propriedades físicas do titânio sem elementos de liga Densidade: 0,163 lbs/in3 (4,51 g/cm3) Fusão: 3000 - 3100. F 1648.C à 1704.C Temperatura de transição Beta: 1675. F +_ 25. F 898.C à 926.C Estrutura molecular à temperatura ambiente: HCP Estrutura molecular acima da temperatura Beta: BCC Módulo de elasticidade ( tensão ): E = 14,9 x 10 6 PSI Módulo de elasticidade (torção): G = 6,5 x 10 6 PSI Razão de Poisson: 0,34 Dureza: BHN 190 (~= 192 Vickers) Coeficiente de expansão térmica: faixa 32 - 212. F 4,8 x 10 -6 in/in/.F 32 -600.F 5,1 x 10 -6 in/in/.F Condutividade térmica: 9,5 BTU/hr. ft 2. F/ft Calor específico: 0,125 BTU/lb/ .F à 70. F Resistividade elétrica específica: 56 micro ohms/cm/cm2 Susceptibilidade magnética específica: 3,17 x 10 -6 emu/ g à 79. F Emissividade: 0,13 à 70. F 0,30 à 1000. F MATERIAIS Especificação e graus O titânio utilizado para fabricação de vasos de pressão deverá ser especificado de acordo com uma das "especificações de produto - ASME" relacionadas na tabela n.2. Estas especificações são adaptadas do código ASTM para os mesmos produtos e são basicamente os mesmos, executando-se algumas mudanças quanto a documentação e testes de materiais. Também, as especificações ASTM cobrem uma gama maior de graus e ligas, daquelas permitidas para construções de vasos de pressão. A tabela n.3 elenca os seis graus de titânio comumente aceitos pelo Código ASME, de uso da engenharia. Note que os graus 1, 2 e 3 não têm elementos de liga. Suas características mecânicas são basicamente determinadas pela inclusão de "elementos intersticiais" que são o oxigênio, nitrogênio, hidrogênio, carbono e o ferro. Estes elementos são considerados como "impurezas", da mesma forma que acontece com o carbono em relação ao aço, observando-se que, no entanto, seu efeito é diferente, qual seja: Elementos intersticiais ocupam áreas dentro do reticulado cristalino normal (chamado lados intersticiais) e causam desalojamento parcial dos átomos de titânio. Esta tensão no reticulado leva a um acréscimo na dureza e resistência a tração, bem como a um decréscimo na ductilidade e resistência à corrosão (razão proporcional ao aumento de tais elementos). A composição química do grau 7 é idêntica à do grau 2, com a exceção da inclusão em pequena quantidade do metal paladio. A presença do paladio não afeta em nada as propriedades mecânicas do material, mas resulta em sensível alteração na resistência à corrosão, pela ação do palácio na superfície do titânio em contato com o meio corrosivo. Um efeito similar pode ser obtido através da inclusão superficial de metais nobres ( proteção anódica). O grau 7 custa aproximadamente 2 a 3 vezes mais do que o grau 2, dado o alto preço do palácio no mercado. Também o grau 12 é similar ao grau 7, porém, mais barato. o grau 5 é usado em situação aonde é necessário maior dureza. TABELA 2 Especificação ASTM -ASME para titânio ASTM ASME Tiras, folhas e chapas (titânio e ligas de titânio) B-265 SB-265 Canos (pipe) com e sem costura B-337 SB-337 Barras (titânio e ligas de titânio) B-348 SB-348 Acessórios com e sem costura (titânio e liga de titânio) B-363 - Forjados (titânio e ligas de titânio) B-381 SB-381 TABELA 3 Especificações ASTM - ASME para propriedades químicas e mecânicas do titânio ELEMENTO COMPOSIÇÃO (%) Grau 1 2 3 5 7 12 Nitrogênio, max. 0,03 0,03 0,05 0,05 0,03 0,03 Carbono, max. 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,08 Hidrogênio,max.* 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 Ferro, max. 0,20 0,30 0,30 0,40 0,30 0,30
Oxigênio, max. 0,18 0,25 0,35 0,20 0,25 0,025 Elemento Composição (%) Grau
1 2 3 5 7 12 Nitrogênio max. 0,03 0,03 0,05 0,05 0,03 0,03 Paladio 0,15 a 0,25 Carbono Max. 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,08 Alumínio 5,5 a 4,5 Max. 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 0,015 Vanádio 3,5 a 4,5 Ferro Max. 0,20 0,30 Hidrogênio0,30 0,4 0,30 0,030 Molibdênio 0,2 a o,4 Oxigênio Max. 0,18 0,25 0,35 0,2 0,25 0,025 Niquel 0,6 a 0,9 Outros Elementos 0,35 0,35 0,35 0,35 Titânio ** remanescente remanescente remanescente * Porcentagem menor de hidrogênio poderá ser obtida a partir de consulta. ** A porcentagem de titânio é determinada pela diferença. Grau Resistência a tração Tensão de escoamento. Elongamento Teste de dobramento. Min. Max. DSI Kgf/mm2 DSI kgf/mm2 KSI Kgf/mm2 % abaixo de de 0.07"a 0,07"espes. 0,187"de (1,78mm) 1,78 a esp (4,75mm) 1 35 24,5 25 17,5 45 31,5 24 3T 4T 2 50 35,0 40 28,0 65 45,5 20 4T 5T 3 65 45,5 55 38,5 80 56,0 18 4T 5T 5* 130 90,0 120 83,5 10 9T 10T 7 50 35,0 40 28,5 65 45,5 20 4T 5T 12 70 48,8 50 35,5 18 4T 5T *Para os graus 5, 6 e 10, o alongamento dos materiais numa espessura abaixo de 0.025"(o,635mm) pode ser obtida somente através de pedido. Limites máximos e minímos referem-se à testes feitos tanto no sentido longitudial, quanto no tranversal à direção da laminação. Propriedades mecânicas para condições outras que não recozido, ou espessuras superiores a 1 polegada podem ser estabelecidas a partir de consulta. T= espessura do especimem usado no teste de dobramento não é aplicado para material com espessura acima de 0,187 de polegada. GRAU 1 É entre os graus considerados comercialmente puros, e que tem maior ductividade porém baixa resistência à tração.Consequentemente ele raramente é especificado para tubulações ou construção de vasos de pressão em titânio sólido. Todavia, o grau 1 é usado em revestimentos em titânio por explosão (clad titanium) em aços devido exatamente à necessidade de ductilidade na execução desse processo. Em construções que utilizam o revestimento de titânio, a resistência do material de revestimento normalmente não entra em considerações de projeto. Portanto, a baixa resistência torna-se inconsequente. GRAU 2 É o mais comumente aplicado na fabricação de tubulações e vasos de pressão. Este fato é o resultado de uma campanha industrial para normalização de um grau, tornando o grau 2 mais abundante no mercado, e mais barato que o grau 3. A escolha do grau 2 ao invés do grau 3 é também razão de ser aquele (2) mais fácil de se fabricar e ter melhor resistência à corrosão do que este (3). Portanto, a menos das razões expostas, abaixo, o titânio grau 2 é a melhor escolha para fabricação de tubos e vasos de pressão. GRAU 3 Tem a maior resistência à tração, dentre os graus
usados pelo Código ASME. Consequentemente, as espessuras de parede podem ser menores. O
titânio grau 3 pode ser considerado como uma alternativa ao grau 2, na construção de
vasos de pressão muito grande, onde o ganho em peso determine uma economia em preço, que
justifique a diferença. Da mesma forma em tubulações, onde a escolha do grau 3 permitir
a utilização de uma espessura de parede menor (menos material), a economia resultante
justifica o uso do grau 3. TABELA 4 Outros graus de titânio para aplicação Industrial Designação ASTM Resistência à Tensão de Elonga- tração max. escoamento mento Ti-6Al-4V grau 5 130.000 120.000 10% Ti-0, 3 Mo-0,8 Ni grau 12 temp.ambiente 74.000 60.000 33% 400.F 50.000 50.000 37% 600.F 47.000 30.000 32% É uma boa prática especificar baixos niveis de elementos
de gás (grau com muito baixa ação intersticial) onde soldabilidade e resistência a
corrosão são necessários. Mesmo que ambas as ligas possam ser encontradas nas
apresentações: chapas, folhas, barras e forjados, apenas pequeno volume de consumidores
encontrarão justificativa para consultas. Isto porque elas custam normalmente 1,5 a 2
vezes mais caro que os graus industriais, devido as exigências da indústria
aero-espacial. |
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