Il Titanio e le relative leghe

Nonostante le difficoltà di lavorazione, l’impiego delle leghe di titanio è in continuo aumento

Il titanio è un elemento metallico noto per la sua resistenza alla corrosione, leggerezza, e durezza. Allo stato puro è di colore bianco metallico, lucido e piuttosto duttile, a differenza delle leghe relative, le quali sono difficilmente lavorabili, quasi al pari con l’acciaio inossidabile.

Il titanio è resistente come l’acciaio pur essendo il 40% più leggero, pesa il 60% in più dell’alluminio ma con una resistenza doppia. Queste proprietà lo rendono altamente resistente alle comuni forme di fatica dei metalli, caratteristica fondamentale nella progettazione meccanica.

L’ottimo rapporto resistenza/peso e le elevate proprietà meccaniche alle alte temperature rendono le leghe di titanio estremamente interessanti per tutti quei settori dove l’incidenza del peso è fondamentale e dove ci sono prodotti che devono lavorare in condizioni critiche.

In particolare,  il titanio e le relative leghe sono apprezzati ed impiegati in ambito:

• Aerospaziale

• Automobilistico

• Navale

• Sanitario

Classificazione

Secondo Mec-Solver il titanio si può suddividere in:

• Titanio commercialmente puro: caratterizzato dall’alta resistenza alla corrosione.

• Leghe di titanio: di maggiore applicazione a livello industriale.

Benché non siano uniformate secondo un sistema internazionale, le leghe di titanio possono essere classificate in:

• Leghe Alpha (α), caratterizzate da aggiunte di alluminio, ossigeno e/o nitrogeno;
• Leghe beta (β), caratterizzate da aggiunte di molibdeno, ferro, vanadio, cromo e/o manganese;
• Leghe miste (α+β), in cui è presente una combinazione di entrambe le categorie;

Quest’ultime rappresentano la maggioranza delle leghe di titanio utilizzate ed hanno una resistenza medio-alta. Trovano largo impiego nella produzione di laminati, getti per motori e parti di aerei. La Ti6Al4V rimane la qualità più diffusa per uso generale, non solo per il settore aerospaziale ma anche negli altri settori.

Prendendo la Ti6Al4V come lega di riferimento, le leghe α sono quelle più facilmente lavorabili all’utensile, mentre le leghe β sono quelle più difficili da lavorare.

Le maggiori difficoltà di lavorazione delle leghe di titanio sono legate alle alte temperature che si generano durante il taglio e alla reattività chimica con gli utensili. Il truciolo ha uno spessore sottile, la pressione di contatto è elevata, la conducibilità termica è bassa, il che provoca una temperatura molto alta sulla punta dell’utensile.

Viste tali condizioni, la lubrorefrigerazione copre un ruolo fondamentale.

Mec-Solver nota che il lubrorefrigerante ideale per la lavorazione delle leghe di titanio ha caratteristiche di elevata lubricità che, unitamente al potere refrigerante fornito dalla massa del fluido nella zona di taglio, massimizza l’asportazione del calore che si accumula sull’utensile, prevenendo fenomeni di rotture e grippaggio.

Ti6Al4V: la lega più diffusa

L’impiego esteso nel settore aerospaziale ha reso la Ti6Al4V la lega di titanio col maggior utilizzo: circa 80% della produzione è sfruttata dall’aereospaziale, il 5% dalla bioingegneria, la restante è suddivisa fra automotive e la produzione di motori e propulsori.

Come studio di progettazione, Mec-Solver segnala la buona resistenza a trazione e fatica di questa lega, unita ad un eccellente rapporto resistenza/peso e ad un discreto allungamento. Essa presenta altresì una scarsa duttilità e un modulo elastico non molto elevato.

I costi di produzione dei manufatti in Ti6Al4V sono piuttosto alti, perlopiù dovuti alla difficile lavorabilità, legata alle stesse caratteristiche meccaniche che rendono questa lega di estremo interesse nel campo aerospaziale e automotive.