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Metais & Ligas | Titânio | Informações Técnicas

Tratamentos Térmicos

As ligas de titânio são termicamente tratadas com os seguintes propósitos: a) Reduzir as tensões residuais desenvolvidas durante a fabricação, tratamento popularmente conhecido como alívio de tensões; b) Resultar numa adequada combinação de dutilidade, usinabilidade, estabilidade dimensional e estrutural (especialmente no caso de ligas alfa-beta processadas em condições que não favorecem boa combinação de propriedades mecânicas), tratamento denominado recozimento; c) Aumentar a resistência mecânica por solubilização e envelhecimento (endurecimento por precipitação) ; d) Otimizar certas propriedades especiais como tenacidade á fratura, resistência á fadiga e à fluência, neste caso em elevadas temperaturas.

A resposta do titânio e de suas ligas ao tratamento térmico depende da composição química do material bem como da presença das diferentes microestruturas (fases alfa, beta ou alfa-beta).

As liga alfa e quase alfa podem ser submetida a tratamento de alívio de tensões, porém elevada resistência mecânica não pode ser obtida com este tipo de tratamento. Algumas das ligas quase alfa, como por exemplo, a liga Ti-8Al-1Mo-1V, podem ser solubilizadas e envelhecidas de modo a se obter dureza máxima. Este tipo de tratamento também pode ser utilizado em ligas alfa-beta para a obtenção de dureza máxima. Em ligas comerciais beta metaestáveis tratamentos térmicos de alívio de tensões e de envelhecimento podem ser combinados e também recozimento e solubilização podem ser operações idênticas.

Nem todos os tipos de tratamentos térmicos são aplicáveis a todas as ligas de titânio, pois elas são projetadas para diferentes tipos de aplicações, umas para elevada resistência mecânica em peças pesadas (Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr, a chamada Ti-17 e a Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo), outras para resistência à fluência (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo), outras para resistência à corrosão sob tensão em soluções salinas aquosas e para alta tenacidade à fratura (Ti-6Al-2Nb-1Ta-1Mo e Ti-6Al-4V-ELI), para soldabilidade (Ti-5Al-2,5Sn) e para alta resistência mecânica em temperaturas de moderadas para baixas (Ti-6al-6V-2Sn, Ti-6Al-4V e Ti-10V-2Fe-3Al).

Os ciclos térmicos efetivamente aplicados para cada liga podem variar. Qualquer tratamento térmico em temperaturas da ordem de 427 ºC deve prover ao titânio a formação de uma atmosfera protetora que evita a absorção de oxigênio ou nitrogênio e a formação de camadas de óxidos indesejáveis.

Alívio de Tensões

O titânio e suas ligas podem ser submetidos a tratamentos térmicos de alívio de tensões sem efeitos adversos à resistência mecânica e à dutilidade. Esse tipo de tratamento reduz as tensões residuais indesejáveis que resultam de:

a) Deformação não uniforme de forjamento a partir da conformação a frio e endireitamento;
b) Usinagem assimétrica de placas ou peças forjadas;
c) Soldagem de artigos fundidos ou trabalhados e resfriamento de peças fundidas.

A remoção dessas tensões ajuda a manter a estabilidade de forma e elimina condições desfavoráveis como a perda de resistência ao escoamento em compressão, comumente conhecida como efeito Bauschinger.
O alívio de tensões pode ser incorporado a outros tipos de tratamentos térmicos, como o recozimento, por exemplo. O envelhecimento também pode aliviar tensões residuais.

A tabela 4.1 apresenta combinações de temperatura e tempo usados para alívio de tensões de titânio e suas ligas. As faixas de valores, tanto para temperaturas quanto para tempos, indicam que mais de uma combinação pode produzir resultados satisfatórios. Em geral, para um efetivo alívio de tensões, utiliza-se temperaturas elevadas em tempos curtos, e temperaturas mais baixas em tempos mais longos. Durante o alívio de tensões de ligas de titânio solubilizadas e envelhecidas deve ser tomado cuidado para evitar o superenvelhecimento, que reduziria a resistência mecânica. Geralmente este fato induz a seleção de uma combinação de temperatura e tempo que promove apenas alívio parcial de tensões. Estruturas montadas devem ser colocadas dentro do forno na temperatura e tempo selecionados para o alívio de tensões. Se o componente está montado numa estrutura grande, um termopar deve ser colocado na maior peça da estrutura.

Tabela 4.1 - Temperaturas e tempos de Tratamentos Térmicos de Alívio de Tensões de Titânio e suas Ligas.

 

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