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TITANIO

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TITANIO

IL TITANIO


Il Titanio allo stato naturale è un elemento assai diffuso, è il nono infatti per abbondanza e costituisce circa lo 0,6% della crosta terrestre; negli ultimi anni perciò è stato oggetto di numerosi e approfonditi studi ed esperienze che ne hanno messo in evidenza le particolari caratteristiche.
Il Titanio puro a temperatura ambiente è un metallo amagnetico e duttile che può venire deformato sino a più del 95% tra successive ricotture. Ha densità prossima a quella dei materiali leggeri, modulo di elasticità superiore e qualità meccaniche praticamente simili a quelle degli accai inox, ciò che ne fa un materiale tipicamente aeronautico ed aerospaziale. Il primo incentivo al suo sviluppo derivò infatti dall'elevato rapporto peso-resistenza (in determinate leghe soprattutto) che perdura sino a temperature attorno ai 400 °C e dall'ottima resistenza alla fatica. Inoltre fondamentali applicazioni si riscontrano nell'industria chimica possedendo il Titanio una elevatissima resistenza alla corrosione impartitagli dalla formazione di una pellicola superficiale (passivazione) di ossido che risulta più stabile di quella che si forma sugli accai inox.
E' infatti attaccato dagli acidi solforico e cloridrico concentrati, ma non dall'acido nitrico, né dagli alcali forti, dal cloro o dallo zolfo e derivati.

LA STRUTTURA


A temperatura ambiente e sino a circa 882 °C il Titanio possiede una struttura cristallina a sistema esagonale compatto denominata fase "alfa". Oltre tali temperature la struttura si modifica nel sistema cubicocorpo centrato denominata fase "beta". L'importanza di questa caratteristica sta in relazione con gli alliganti coi quali viene combinato il Titanio, i quali influenzano differentemente l'ampiezza dell'una o dell'altra fase determinando più o meno consistenti variazioni nel comportamento meccanico del Titanio a differenti temperature. Si è pertanto voluto suddividere gli alliganti classificandoli, a seconda che accrescano la fase "alfa" , la fase "beta" o non diano modificazioni di rilievo, in:

alfa alliganti:......Al
alfa impurità:.....O2,N2,B,C
beta alliganti:.....Mo, V, Nb, Ta, Mn, Fe, Cr, Co, W, Ni, Cu, Au, Ag, Si, Zr
beta impurità:....H2
neutri:...............Sn

nelle leghe industriali gli effetti dei vari elementi di ciascun gruppo assumono particolare rilievo, quindi per comodità sono state classificate le leghe "alfa", "alfa-beta" e "beta" con riferimento alla fase che detengono a temperatura ambiente.

LE PROPRIETA'


(Titanio di purezza commerciale)

Numero atomico:.....................................22
Peso atomico:.....................................47,90
Peso specifico (g/cm2):........................4,501
Temperatura di fusione (°C):................1,660
Temperatura di ebollizione (°C):...........3,250
Modulo elastico a 20 °C (Kg/mm2):.....11,000
Calore specifico (cal/g/°C):....................0,13
Coefficiente di dilatazione
termica lineare (10-6/°C):..........................9
Conducibilità termica (cal/cm/°C/sec):...0,040
Resistività elettrica (microhom-cm):...........50



LE QUALITA' COMMERCIALI


Riportiamo qui di seguito l'analisi chimica e le principali caratteristiche meccaniche di alcune qualità più diffuse di Titanio.

ANALISI
TIPICA
GRADO 1 GRADO 2 GRADO 3 GRADO 4 GRADO 5
C (carbonio) 0,08 0,08 0,08 0,10 0,08
N (azoto) 0,05 0,06 0,07 0,07 0,07
H (idrogeno) 0,0125 0,0125 0,0125 0,0125 0,0125
O (ossigeno) 0,20 0,25 0,25 0,40 0,20
Fe (ferro) 0,20 0,25 0,30 0,35 0,30
Al (alluminio - - - - da 5 a 6,5
V (vanadio) - - - - da 3,5 a 4,5
Ti (titanio) diff. diff. diff. diff. diff.

I TRATTAMENTI TERMICI


Si consiglia di procedere ai trattamenti termici del Titsnio in forni elettrici ed a circolazione d'aria, si prestano bene anche forni a gas o a nafta, purchè si operi con eccesso di aria e si abbia l'accortezza di non esporre i pezzi da trattare direttamente alla fiamma e ai gas combusti.

I forni sotto vuoto o con atmosfera neutra sono invece considerati sfavorevolmente sotto il profilo economico.

Qualità Rinvenimento Ricristallizzazione Tempra di Soluzione ed
invecchiamento oppure
Ricottura di Stabilizzazione
Grado 1
Grado 2
120-15 min,
450-550 °C/RA*
10-120 min,
700+/-20 °C/RA*
Grado 5 4-1 h,
480-650 °C
8-1 h,
700.800 °C/RA*
60-15 min, 820-950 °C/RAcq*
8-2 h, 480-650 °C/RA*








*RA
- raffreddamento ad aria
*RAcq - Raffreddamento ad acqua

LA SALDATURA


Si può procedere alla saldatura per fusione del Titanio ed ottenere rapidamente giunzioni che abbiano le stesse caratteristiche meccaniche ed anticorrosive del metallo base adottando le debite precauzioni per non lasciare i pezzi esposti a idrogeno (che già a 250 °C può causare fragilità) ossigeno e vapore acqueo per tempi apprezzabili alle alte temperature. La protezione dei gas atmosferici deve essere presente sia sulla faccia su cui si esegue la saldatura che su quella opposta; i bordi inoltre ed il filo d'apporto devono essere puliti, sgrassati, privi di scaglie e di impronte digitali.
La saldatura per resistenza non presenta particolari difficoltà, anzi con elettrodi a punta piatta si può anche evitare la protezione con gas inerti; particolarmente adatta è considerata quella con fascio di elettroni come pure si presta quella ad arco pulsante. Senza l'interposizione di Vanadio o Tungsteno il Titanio non può essere saldato con altri metalli strutturali come l'acciaio o l'alluminio, pena la formazione di fasi intermetalliche fragili.

LA LAVORABILITA' A TORNIO

MESSA A
PUNTO
DELL'UTENSILE
Titanio commercial. puro Leghe di Titanio
Acciai
rapidi
Metallo
duro
Acciai
rapidi
Metallo
duro
Veloc. perif.
m/min
30 - 50 80 - 100 10 - 20 40 - 70
Avanzam.
mm/giro
0,07 - 0,2 0,2 - 0,5 0,07 - 0,2 0,2 - 0,5
Prof. di taglio
mm
fino a 5 fino a 5 fino a 5 fino a 5
GEOMETRIA Acciai rapidi Metallo duro
Angolo di taglio
Spoglia laterale
(*1)
5° - 10° 0° - 5°
Spoglia
posteriore
-5° -4°
Raggio di punta
mm
0,2 - 0,8 0,8 - 1,5

(*1) Per tagli interrotti e tornitura di crosta viene usata la spoglia laterale negativa.

LA LAVORABILITA' A FRESA

TAVOLA DELLE CORRISPONDENZE
TRA NORME E DESIGNAZIONI

MESSA A PUNTO
DELL'UTENSILE
Titanio commercial. puro Leghe di Titanio
Acciai
rapidi
Metallo
duro
Acciai
rapidi
Metallo
duro
Veloc. perif. m/min 30 - 40 40 - 60 10 - 20 15 - 35
Avanzam. mm/giro 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2 0,1 - 0,2
Prof. di taglio mm la massima possibile
GEOMETRIA Acciai rapidi Metallo duro
Angolo di taglio 10° - 12° 10° - 12°
IBPPF (*2)
IBAFC (*3) 30° 60°
Spoglia laterale 6° - 10°
GRADO 1 GRADO 2 GRADO 3 GRADO 4 GRADO 5
AFNOR T35 T40 T50 T60 TA6V
AIR 9182-T35 9182-T40 9182-T50 9182-T60 9183
AICMA TI-P01 TI-P02 TI-P03 TI-P04 TI-P63
DIN 3.7025 3.7035 3.7055 3.7065 3.7165
LW 3.7024 3.7034 - 3.7064 3.7164
BS TA1 TA2,3,4,5 - TA6,7,8,9 TA10,11,
12,13
AMS - 4902 4900 4901 4911-
4928
ASTM-B
265/348/
337
Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Grade 5
MIL-T
9046
- 1A 1C 1B 3C
MIL-T
9047
- - - - COMP. 6

(*2) Inclinazione del bordo per passate in piano o per finitura.
(*3) Inclinazione del bordo o dell'angolo di fresatura di cave

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