Como a laminação a frio muda a placa de titânio
A laminação a quente quebra um lingote ou placa de titânio em chapa e bobina, mas é a laminação a frio que fixa a espessura final, planicidade e qualidade da superfície. A laminação a frio é realizada abaixo da temperatura de recristalização da liga, de modo que o trabalho metálico-endurece em vez de amolecer à medida que passa pelos rolos. Cada passagem aumenta a densidade de discordância, o que aumenta o limite de escoamento e a dureza, ao mesmo tempo que reduz a ductilidade. É por isso que uma placa de titânio-laminada a frio é mais forte do que a mesma classe na condição-laminada a quente e recozida, e por que o cronograma de laminação é construído em torno da contagem de passes, da redução por passe e das etapas de recozimento entre-passes.
Para titânio comercialmente puro (CP), a recristalização começa na região de 550-700 graus, dependendo do nível de oxigênio intersticial, de modo que a tira que entra nos rolos é mantida bem abaixo dessa janela. Classes com maior teor de oxigênio e ferro, como ASTM B265 Grau 4, endurecem-mais rápido que o grau 1 macio e precisam de recozimento intermediário mais frequente. O Ti-6Al-4V (Grau 5) é ainda mais sensível, portanto, uma programação de dois estágios com recozimento a vácuo ou gás inerte entre os estágios é uma prática normal de usinagem.
O benefício prático é o controle. Uma placa-laminada a frio pode ser entregue na condição recozida macia, em uma condição de um quarto-dura ou meio{3}}dura produzida por redução controlada a frio ou em um estado-de alívio de tensão onde a estabilidade dimensional é mais importante do que a ductilidade máxima. Os compradores devem indicar a têmpera necessária, porque o mesmo tipo e a mesma espessura se comporta de maneira muito diferente dependendo de quanto trabalho a frio resta na placa acabada.
Classes-laminadas a frio e propriedades mecânicas típicas
Placas, folhas e tiras produzidas de acordo com ASTM B265/B265M são a especificação de referência usual para titânio forjado, enquanto GB/T 3621 cobre titânio e placas de liga de titânio para o mercado chinês e ASTM F67 se aplica a titânio não ligado para implantes cirúrgicos. A tabela abaixo lista os valores mínimos recozidos comumente citados para formas de produtos em chapa; os resultados reais são relatados calor por calor no certificado da fábrica.
| Nota | Composição nominal | Resistência à tração, mín. | Força de rendimento, mín. | Alongamento, mín. |
|---|---|---|---|---|
| 1ª série | CP titânio, baixo oxigênio | 240 MPa | 138 MPa | 24 % |
| 2ª série | CP titânio, oxigênio padrão | 345 MPa | 275 MPa | 20 % |
| 4ª série | CP titânio, maior oxigênio e ferro | 550 MPa | 483 MPa | 15 % |
| 5ª série | Ti-6Al-4V | 895 MPa | 828 MPa | 10 % |
| 7ª série | CP titânio com adição de paládio | 345 MPa | 275 MPa | 20 % |
A densidade do titânio é de cerca de 4,51 g/cm³, aproximadamente 57% do aço, o que torna a placa atraente onde quer que a massa em movimento deva ser reduzida.
O ponto de fusão é de aproximadamente 1668 graus e o módulo de elasticidade dos graus CP está na faixa de 105-120 GPa.
Classes de rolamentos-de paládio, como Grau 7 e Grau 11, são selecionadas para reduzir levemente o serviço ácido; Os graus 26 e 27 usam rutênio em vez de paládio para resistência à corrosão semelhante a custo mais baixo.
A placa Ti-6Al-4V é a força de trabalho aeroespacial e também é padrão para vasos de pressão, hardware submarino e componentes médicos onde a relação resistência/peso é o fator decisivo.
Prática de Moagem: Redução, Recozimento e Endireitamento
Uma rota típica de laminação-a frio começa com bobinas-laminadas a quente e decapadas, que são descalcificadas mecanicamente ou por decapagem ácida antes da primeira passagem a frio. A redução total a frio é dividida em várias passagens com recozimento intermediário, e a etapa de recozimento é realizada em forno a vácuo ou sob atmosfera protetora para que a captação de oxigênio e nitrogênio permaneça dentro das especificações. Após o passe final, a placa é recozida ou aliviada de tensão, depois-nivelada com rolo e, quando necessário, cortada no comprimento certo.
Dois pontos decidem a qualidade final. Primeiro, a condição do rolo e a lubrificação controlam a superfície; um rolo desgastado ou mal resfriado deixa marcas de transferência, vibração e um acabamento fosco que nenhuma operação posterior pode remover. Em segundo lugar, o controle de nivelamento após o recozimento evita o arco e a torção que aparecem quando a tensão residual é liberada durante o corte a laser ou usinagem nas obras do cliente. Um fornecedor que informa planicidade em milímetros por metro, e não apenas “plano”, é mais fácil de se qualificar.
Tamanhos, Tolerâncias e Acabamento Superficial
A placa-de titânio laminada a frio é comumente fornecida em espessuras de uma fração de milímetro até alguns milímetros de bitola acabada, com bitolas mais largas fornecidas como chapa-laminada a quente. Tolerância de espessura, largura, comprimento, condição da borda e planicidade são todos especificados no pedido de compra, e os tipos comerciais de acabamento são normalmente descritos como acabamento fresado, decapado, recozido brilhante ou retificado.
A tolerância de espessura é cotada como uma faixa de mais/menos, e as classes mais restritas custam mais porque exigem passagens extras e verificações de calibre mais frequentes.
As tolerâncias de comprimento e largura são citadas separadamente da tolerância de espessura; as bordas cortadas são padrão e as bordas usinadas são adequadas para aplicações subsequentes de soldagem ou vedação.
A condição da superfície deve ser acordada antes da laminação, pois a decapagem remove a camada de óxido, mas altera ligeiramente a espessura e rugosidade finais.
Bobinas, chapas-cortadas-e folhas cisalhadas são formas de entrega normais, e cada forma tem seus próprios requisitos de embalagem e manuseio.
Onde a placa de titânio-laminada a frio é usada
Os equipamentos de processo químico usam titânio-laminado a frio para carcaças de trocadores de calor, placas de tubos, vasos de reação e tubulações onde os cloretos destruiriam o aço inoxidável. As usinas de dessalinização usam-no para tubos e placas nas seções de salmoura de alta-temperatura. Os programas aeroespaciais e de defesa usam placas Ti-6Al-4V para suportes estruturais, estruturas e acessórios onde cada quilograma conta. Os fabricantes de dispositivos médicos usam graus não ligados, como Grau 2 e Grau 4, para placas e alojamentos de implantes, e a engenharia automotiva e de automobilismo usa titânio laminado a frio para componentes de escapamento, fixadores e painéis leves da carroceria.
Em cada caso, o pacote de especificações deve listar o grau, a norma aplicável, a têmpera, os requisitos de teste mecânico, o acabamento superficial e o método de embalagem, para que a placa que chega à obra esteja pronta para a próxima operação, em vez de precisar de retrabalho.
Perguntas frequentes: placa de titânio-laminada a frio
P: Por que o titânio-laminado a frio é mais resistente do que o titânio-laminado a quente do mesmo tipo?
A laminação a frio é realizada abaixo da temperatura de recristalização, de modo que o trabalho metálico-endurece e retém uma alta densidade de discordância em vez de recuperar sua estrutura recozida macia.
P: Uma chapa-laminada a frio pode ser entregue totalmente macia?
Sim. Após a passagem final de laminação, a placa é recozida a uma temperatura acima da recristalização sob vácuo ou atmosfera protetora para restaurar a ductilidade e aliviar a tensão de laminação.
P: Qual padrão deve ser mencionado no pedido de compra?
ASTM B265/B265M é a escolha usual para placas e folhas de titânio forjado, GB/T 3621 cobre placas de titânio no mercado chinês e ASTM F67 se aplica a titânio não ligado para implantes cirúrgicos.
P: Qual é a diferença prática entre as placas de Grau 2 e Grau 5?
O Grau 2 é titânio comercialmente puro com excelente conformabilidade e resistência à corrosão, enquanto o Grau 5 é Ti-6Al-4V com aproximadamente o dobro da resistência para tarefas estruturais e aeroespaciais.
P: Como a placa-de titânio laminada a frio deve ser armazenada?
Manter seco, afastado do chão e separado do aço carbono para evitar contaminação por ferro e manchas galvânicas; película protetora ou papel intercalado evita arranhões na superfície durante o transporte.
P: A laminação a frio afeta a resistência à corrosão?
A superfície recozida tem a mesma resistência à corrosão que o material-laminado a quente do mesmo tipo, mas o trabalho pesado a frio sem recozimento pode deixar tensões residuais que promovem rachaduras em alguns ambientes de serviço.