Titânio de grau 2 é o célebre “cavalo de batalha” da indústria do titânio. Quer seja um engenheiro a desenhar um permutador de calor ou um gestor de aquisições a procurar materiais para um projeto marítimo, é fundamental compreender as nuances deste material.
Este guia completo abrange tudo, desde especificações técnicas (normas ASTM) a dicas de fabrico reais, ajudando-o a decidir se o Grau 2 é a escolha certa para a sua aplicação.
O que é o titânio de grau 2?
Titânio de grau 2 (UNS R50400) é o mais utilizado Comercialmente Puro (CP) grau de titânio. É um titânio não ligado, de fase alfa, que oferece um excelente equilíbrio entre resistência moderada e ductilidade superior.
Os peritos do sector referem-se frequentemente ao grau 2 como o “Grau ”Goldilocks da família CP porque se situa no ponto ideal entre os outros graus:
- Mais forte do que o grau 1: O grau 1 é macio e é utilizado principalmente para aplicações de estampagem profunda.
- Mais maleável do que os graus 3 e 4: Embora as classes 3 e 4 ofereçam maior resistência, tornam-se mais frágeis e mais difíceis de formar.
- O grau 2 é “Just Right”: Oferece um limite de elasticidade mínimo de 275 MPa (40 ksi) mantendo a ductilidade suficiente para ser enformado a frio sem fissurar.
Especificações técnicas e dados
Para engenheiros e especialistas em controlo de qualidade, a precisão é fundamental. O grau 2 é normalmente abrangido pelas principais normas internacionais, tais como ASTM B265 (Folha/Placa), ASTM B338 (Tubos), e ASTM B348 (Barras).
Composição química (Max %)
As pequenas quantidades de Oxigénio e Ferro actuam como “reforçadores intersticiais”, conferindo ao Grau 2 as suas propriedades únicas.
| Elemento | Símbolo | Conteúdo (Max %) |
|---|---|---|
| Titânio | Ti | Equilíbrio |
| Oxigénio | O | 0.25 |
| Ferro | Fe | 0.30 |
| Carbono | C | 0.08 |
| Nitrogénio | N | 0.03 |
| Hidrogénio | H | 0.015 |
Propriedades mecânicas (à temperatura ambiente)
Note-se a elevada percentagem de alongamento (20%), que indica uma excelente formabilidade - uma principal vantagem sobre o titânio ligado.
| Imóveis | Métrica | Imperial |
|---|---|---|
| Resistência à tração (mín.) | 345 MPa | 50 ksi |
| Resistência ao escoamento (0.2% Offset) | 275 MPa | 40 ksi |
| Alongamento | 20% | 20% |
| Dureza (aprox.) | ~145-200 HV | ~160-200 HB |
Propriedades físicas
| Imóveis | Valor | Nota |
|---|---|---|
| Densidade | 4,51 g/cm³ | ~45% mais leve do que o aço |
| Ponto de fusão | 1660°C (3020°F) | Excelente tolerância ao calor |
| Permeabilidade magnética | Nenhum | Não magnético |
| Estrutura cristalina | Alfa (HCP) | Estável à temperatura ambiente |
Porquê escolher o Grau 2? Principais vantagens
Embora os dados em bruto sejam impressionantes, compreender os benefícios práticos é o que importa para o seu projeto. Eis porque é que o Grau 2 é o material de eleição para aplicações industriais.
Resistência superior à corrosão
Esta é a principal razão pela qual os engenheiros especificam o Grau 2. Após a exposição ao oxigénio, o titânio forma instantaneamente uma camada estável, contínua e firmemente aderente película de óxido. Esta película cria uma barreira passiva que protege o metal em ambientes agressivos:
- Água do mar e atmosferas marinhas: Praticamente imune à corrosão em fendas e à corrosão por picadas até 315°C (600°F).
- Cloro húmido: Amplamente utilizado em fábricas de branqueamento de papel e de cloro e álcalis.
- Ácidos: Resiste a muitos ácidos oxidantes (como o ácido nítrico e crómico) e a produtos químicos industriais.
O “rei” da conformação a frio
Diferente Titânio de grau 5, que é difícil de dobrar à temperatura ambiente e requer frequentemente calor, o grau 2 possui uma excelente ductilidade.
- Pode ser enformado a frio utilizando prensas dobradeiras, hidropressoras e equipamento de dobragem normalizados.
- Permite a estampagem profunda e a criação de formas complexas, como cabeças de vasos e placas de permutadores de calor, sem fissuras.
Elevada relação resistência/peso
Embora não seja tão forte como as ligas aeroespaciais, o grau 2 é ainda comparável em termos de limite de elasticidade a muitos aços inoxidáveis comuns, mas pesa 45% menos. Isto torna-o perfeito para aplicações em que a poupança de peso é crucial - como as tubagens offshore - mas em que a resistência extrema (e o custo) do Grau 5 é desnecessária.
Análise comparativa: Grau 2 vs. Outros materiais
Esta secção ajuda-o a ultrapassar os dilemas de compra mais comuns: “Devo comprar o grau 2 ou o grau 5?”
Grau 2 (CP) vs. Grau 5 (Ti-6Al-4V)
Embora o grau 5 (Ti-6Al-4V) seja o “padrão aeroespacial”, é frequentemente superprojetado para aplicações industriais terrestres, conduzindo a custos desnecessários.
| Caraterística | Grau 2 (comercialmente puro) | Grau 5 (Liga Ti-6Al-4V) |
|---|---|---|
| Atributo primário | Corrosão e Formabilidade | Alta resistência |
| Resistência ao escoamento | ~275 MPa (Moderado) | ~828 MPa (muito elevado) |
| Formabilidade | Excelente (flexível a frio) | Fraco (o retorno elástico é elevado; difícil de dobrar) |
| Soldabilidade | Excelente | Bom (mas requer mais cuidados) |
| Custo | Inferior | Mais alto |
Sugestão de decisão:
- Escolha o Grau 2 se: Necessita de para soldar o material extensivamente, dobrá-lo em formas (como tubos ou tanques) ou exigir a máxima resistência à corrosão em ambientes químicos.
- Escolher o grau 5 se: A redução de peso combinada com uma resistência estrutural extrema é fundamental (por exemplo, peças de automóveis de competição, fixadores aeroespaciais), e não é necessário fazer muita dobragem a frio.
Titânio de grau 2 vs. aço inoxidável 316
Muitos projectos mudam de De aço inoxidável a titânio por razões de desempenho. Eis os três principais factores:
- Peso: O titânio de grau 2 é aproximadamente 45% isqueiro do que o aço inoxidável 316 Aço, o que permite uma redução significativa do peso.
- Cloretos: O aço inoxidável 316 é propenso a fissuras por pite e por corrosão sob tensão em ambientes com cloretos (como a água salgada). Titânio de grau 2 é imune para esta questão.
- Custo do ciclo de vida: Embora o titânio seja mais caro inicialmente, o seu tempo de vida sem manutenção em ambientes corrosivos torna-o frequentemente mais barato ao longo de um ciclo de vida de 10-20 anos.
Guia de fabrico: Trabalhar com o grau 2
Trabalhar com titânio requer uma mentalidade diferente da do aço. Com base nos conhecimentos de maquinistas e fabricantes experientes, eis como lidar com sucesso com o Grau 2.
Maquinação: O fator “Gumminess
O Grau 2 é mais macio do que o Grau 5, o que, ironicamente, pode tornar mais difícil a sua maquinagem se não estiver preparado. Tende a ser “gomoso”, ou seja, as aparas são longas, fibrosas e podem entupir as suas ferramentas. Para resolver este problema:
- Gestão do calor: O titânio é um mau condutor de calor. Utilização líquido de arrefecimento a alta pressão para limpar limalhas pegajosas e reduzir a acumulação de calor.
- Não se demorem: Nunca deixar a ferramenta parada num ponto. Isto provoca uma endurecimento por trabalho que torna o material quase impossível de cortar.
- Ferramentas: Utilize ferramentas de carboneto afiadas e de tração positiva e mantenha taxas de avanço suficientemente elevadas para cortar sob a camada endurecida pelo trabalho.
Diretrizes de soldadura
O grau 2 tem excelente soldabilidade, ao contrário de muitas ligas de alta resistência. Pode ser soldadas com TIG (GTAW), MIG ou arco de plasma. No entanto, uma regra é absoluta: Limpeza e blindagem.
O titânio fundido absorve instantaneamente o oxigénio e o azoto do ar, tornando a soldadura frágil e vítrea. É necessário utilizar Árgon de alta pureza para proteger a poça de fusão, a zona de arrefecimento e a parte de trás da soldadura (retro-purga).
O teste de cor:
- Prata ou palha: Boa blindagem. Aceitável.
- Azul ou roxo: Ocorreu oxidação. A soldadura pode estar comprometida.
- Branco ou escamoso: Falha total devido a fragilidade. Deve ser removido.
Aplicações comuns
Devido à sua versatilidade, o titânio de grau 2 é a escolha padrão em vários sectores:
- Processamento químico: Permutadores de calor, condensadores, vasos de reação e sistemas de tubagens que manuseiam cloro húmido ou ácido nítrico.
- Indústria naval: Cascos de navios, veios de hélices, instalações de dessalinização e componentes de plataformas de perfuração offshore devido à sua imunidade à corrosão da água salgada.
- Geração de energia: Tubagem do condensador em centrais eléctricas que utilizam arrefecimento por água do mar.
- Medicina e consumo: Instrumentos cirúrgicos, armações de óculos e jóias devido à sua biocompatibilidade.
Guia de compra: Normas e formulários
Quando encomendar titânio de grau 2 para utilização industrial B2B, “grau 2” não é suficiente. É necessário especificar a forma e a norma ASTM/ASME correspondente para garantir a qualidade.
Normas comuns
- Chapas, placas e tiras: ASTM B265 / ASME SB265
- Tubos sem costura e soldados: ASTM B338 / ASME SB338
- Barra redonda e tarugo: ASTM B348 / ASME SB348
- Acessórios para tubos: ASTM B363
O que perguntar ao seu fornecedor?
Solicitar sempre o MTC (Certificado de Ensaio de Moinho), especificamente um certificado EN 10204 3.1. Assegurar que verifica:
- Composição química: Fe < 0,30% e O < 0,25%.
- Ensaios mecânicos: A resistência ao escoamento e à tração cumprem os requisitos mínimos.
- Origem: Onde a esponja foi derretida e o material foi enrolado.
FAQ (Perguntas mais frequentes)
Eis as respostas às perguntas mais comuns engenheiros e compradores perguntam sobre o titânio de grau 2.
Desempenho e propriedades
P: Qual é a temperatura máxima de funcionamento do titânio de grau 2?
A: O titânio de grau 2 mantém a sua integridade estrutural e resistência à corrosão em serviço contínuo até aproximadamente 425°C (800°F). Acima desta temperatura, pode começar a oxidar-se rapidamente e a perder resistência.
P: O titânio de grau 2 é biocompatível?
R: Sim. O grau 2 não é tóxico e resiste à corrosão de fluidos corporais, tornando-o biocompatível. Enquanto o Grau 23 é o padrão para implantes ósseos, o Grau 2 é amplamente utilizado para instrumentos cirúrgicos e jóias de piercing.
P: O titânio de grau 2 pode ser anodizado?
R: Sim. O Grau 2 pode ser facilmente anodizado para produzir um vasto espetro de cores (azul, roxo, dourado, etc.) sem utilizar corantes. Isto é normalmente feito para codificação de cores ou estética.
Comparações e custos
P: Qual é a diferença entre o titânio de grau 1 e o titânio de grau 2?
R: A principal diferença é resistência vs. formabilidade. O grau 1 é o mais macio e dúctil (melhor para estampagem profunda). O grau 2 tem níveis ligeiramente mais elevados de oxigénio/ferro, o que o torna mais forte, mantendo uma boa formabilidade.
P: O titânio de grau 2 é mais barato do que o de grau 5?
R: Sim. O grau 2 é normalmente 20% a 30% mais baratos do que o grau 5 (Ti-6Al-4V) em termos de custo da matéria-prima, e é também mais barato de processar e maquinar.
Fabrico
P: É possível cortar a laser titânio de grau 2?
R: Sim, mas requer gás auxiliar de Azoto ou Árgon. Nunca utilizar oxigénio como gás auxiliar para corte de titânio, pois provoca uma reação exotérmica violenta (combustão).
P: Porque é que a minha solda de Grau 2 está a ficar azul?
R: Uma descoloração azulada indica contaminação por oxigénio. O metal quente foi exposto ao ar antes de arrefecer. Isto torna a soldadura frágil e normalmente requer reparação.
P: O titânio de grau 2 é magnético?
R: Não, o titânio de grau 2 não é magnético.
Conclusão
O titânio de grau 2 representa a intersecção perfeita entre desempenho e economia. Proporciona o resistência à corrosão de metais de primeira qualidade e a formabilidade necessários para o fabrico complexo, tudo isto a um custo significativamente inferior ao das ligas de titânio.
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