Il ruolo del metallo

Titanio(Ti) è un metallo di transizione del Gruppo 4 (sottogruppo del titanio) del Periodo 4 della Tavola Periodica, con simbolo Ti, numero atomico 22, e massa atomica relativa 47,867. Il titanio è un metallo duro, brillante, bianco-argenteo-che esiste in una fase esagonale e in una fase cubica. Ha una densità relativa di 4.506, un punto di fusione di 1.668 gradi e un punto di ebollizione di 3.287 gradi. La sua resistività è 42 × 10⁻⁸ Ω·m (a 20 gradi). In natura si presenta principalmente come rutilo, perovskite e ilmenite. La spugna di titanio viene prodotta riducendo il tetracloruro di titanio con magnesio ad alte temperature e i lingotti di titanio vengono quindi ottenuti fondendo la spugna utilizzando il metodo dell'arco elettrico.

Il titanio possiede proprietà eccezionali, che hanno portato al suo utilizzo diffuso. Le sue principali applicazioni includono: industria aerospaziale, cantieristica navale, chimica e petrolchimica, trasporti, difesa, marina, produzione di energia, edilizia, metallurgia, dispositivi medici, attrezzature sportive, beni di consumo e industria leggera.

Il titanio puro è usato raramente nelle applicazioni pratiche a causa della sua bassa resistenza, che lo rende inadatto come materiale strutturale. Pertanto, le leghe di titanio vengono utilizzate prevalentemente nelle applicazioni pratiche. Il titanio liquido può dissolvere quasi tutti i metalli, quindi può formare leghe con un'ampia varietà di metalli; l'alluminio è l'elemento di lega principale nelle leghe di titanio. La presenza di impurità nel titanio ha un impatto significativo sulle sue proprietà meccaniche; in particolare, le impurità interstiziali (ossigeno, azoto e carbonio) possono aumentare notevolmente la resistenza del titanio riducendone significativamente la duttilità. Le eccellenti proprietà meccaniche delle leghe di titanio come materiali strutturali si ottengono attraverso un controllo rigoroso dei livelli di impurità appropriati o con l'aggiunta di elementi leganti.

Le leghe di titanio possono essere classificate in base all'applicazione in leghe resistenti al calore-, leghe ad alta-resistenza, leghe resistenti alla corrosione-(come leghe di titanio-molibdeno e leghe di titanio-palladio), leghe a bassa-temperatura e leghe per usi speciali-(come materiali di stoccaggio dell'idrogeno di titanio-ferro e leghe a memoria di forma di titanio-nichel).

Il processo di fusione delle leghe di titanio è simile a quello del titanio, tranne per il fatto che l'aggiunta di diversi elementi di lega al titanio fuso viene attentamente controllata. Attualmente, i paesi occidentali come gli Stati Uniti e il Giappone stanno impiegando nuove tecnologie di fusione delle leghe di titanio, compresi i forni a focolare freddo a fascio di elettroni e i forni a focolare freddo al plasma. I forni a suola fredda a fascio di elettroni sono stati applicati con successo alla fusione di titanio puro e leghe GR5, mentre la tecnologia a fascio di plasma è il metodo più efficace per fondere leghe di titanio con composizioni complesse. La Russia ha sviluppato una tecnologia di fusione simile al forno a suola fredda-, nota come "fusione di elettrodi di crosta-scorie-consumabili-. Inoltre, la tecnologia di fusione-a crogiolo a freddo ha registrato progressi significativi negli ultimi anni. Se combinato con il processo di fusione centrifuga per la fusione di precisione di getti di titanio, viene attualmente prodotto un forno fusorio a crogiolo freddo di seconda-generazione-. Questo forno aumenterà notevolmente la capacità di fusione, ridurrà i tempi di fusione, consentirà la fusione completamente sospesa ed eliminerà la formazione di crosta metallica.

Un altro fattore chiave che limita l’uso diffuso delle leghe di titanio è che la loro bassa conduttività termica, elevata durezza, basso modulo di elasticità e reattività chimica alle alte temperature le rendono difficili da lavorare, forgiare e saldare. Le sfide tecniche associate alle leghe di nichel e titanio-e i conseguenti costi elevati-rendono difficile il loro utilizzo su larga scala; tuttavia, la loro gamma di proprietà eccellenti è semplicemente troppo attraente per migliorare le prestazioni di armi ed equipaggiamenti militari.

Il crescente utilizzo delle leghe di titanio nel settore aerospaziale è dovuto non solo alle loro eccellenti proprietà intrinseche ma, soprattutto, ai rapidi progressi nelle tecnologie di formatura di precisione. L’emergere della tecnologia di fusione di precisione per componenti in lega di titanio grandi, monolitici e complessi ha aperto nuove strade per espandere l’uso delle leghe di titanio nelle fusoliere e nei motori degli aerei. L'F-22 utilizza ampiamente componenti in lega di titanio fusi di precisione- (54 in totale) nell'alloggiamento dell'attuatore del timone di coda verticale e in altre aree critiche di carico, che rappresentano circa il 7,1% del peso strutturale complessivo.

Titanium metal Titanium Sheet factory