As ligas de titânio aeroespaciais são classificadas principalmente em três tipos com base na sua microestrutura e características de desempenho: ligas de titânio do tipo α (incluindo ligas quase-α), ligas de titânio do tipo α+β e ligas de titânio do tipo β. Os Estados Unidos possuem um sistema de materiais de liga de titânio aeroespacial particularmente avançado, com uma série abrangente de classes. Estes materiais incluem ligas capazes de operar a altas temperaturas até 600 °C, como o Ti-1100, e ligas do tipo β de alta resistência e alta tenacidade, como o Ti-10-2-3 (Ti-10V-2Fe-3Al).
As ligas de titânio do tipo alfa exibem uma excelente resistência à fluência e soldabilidade, sendo a escolha preferida para componentes de ligas de alta temperatura . Por exemplo, a liga Ti-6242S (Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0,1Si) é amplamente utilizada em peças rotativas, como pás e rotores em motores de turbina a gás. A liga de titânio α+β representativa, Ti-6Al-4V, é a liga de titânio aeroespacial mais utilizada, representando aproximadamente 60% de todos os produtos de liga de titânio. Possui uma resistência à tração mínima de 896 MPa e exibe excelentes propriedades de fadiga e fratura. As ligas de titânio do tipo β, como a Ti-15-3 (Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al), exibem uma resistência significativamente aumentada após tratamento térmico, com a resistência da chapa a atingir σb ≥ 1310 MPa. São amplamente utilizadas em componentes estruturais de aeronaves e sistemas de tubagem.
O desenvolvimento destas ligas de titânio para o sector aeroespacial está a avançar no sentido de uma maior resistência a temperaturas mais elevadas, melhores relações resistência/tenacidade e propriedades especializadas, como a retardância à chama. Notavelmente, algumas ligas aeroespaciais incorporam metais preciosos para otimizar a estabilidade a altas temperaturas e o desempenho mecânico.
A indústria de reciclagem de titânio está também a melhorar as suas tecnologias de recuperação e estruturas de preços em resposta a estas inovações em ligas aeroespaciais.
As ligas de titânio aeroespaciais encontram a sua aplicação mais concentrada nos motores de avião, onde podem representar mais de 30% do peso do motor. Componentes-chave como discos de ventiladores e pás de turbinas , discos e pás de compressores e carcaças de motores utilizam amplamente ligas de titânio aeroespaciais.
Nas secções do compressor, as ligas de titânio substituíram os antigos materiais de aço, reduzindo significativamente o peso e, ao mesmo tempo, suportando temperaturas de funcionamento de 300 a 550 °C. As ligas de titânio para altas temperaturas, desenvolvidas na Europa e nos EUA, como o Ti-1100 e o IMI834, podem operar a temperaturas até 600 °C e são concebidas especificamente para o fabrico de componentes de motores para altas temperaturas. A liga IMI834, desenvolvida no Reino Unido, após tratamento de solubilização e envelhecimento na região da fase β-2, apresenta uma resistência à temperatura ambiente σb ≥ 930 MPa, com elevada resistência à fluência e excelente resistência à fadiga. É utilizada nos discos da turbina do compressor de pressão intermédia e do compressor de alta pressão do motor RR Trent 800.
Nos motores de avião russos , as ligas de titânio representam até 36% dos componentes. Operando em condições extremas, estas peças do motor exigem uma resistência térmica e uma resistência mecânica excecionais — propriedades que fazem das ligas de titânio aeroespaciais os materiais de núcleo preferidos para motores.
As ligas de titânio aeroespaciais são também muito utilizadas em sistemas de tubagem, ligações e vasos de pressão em sistemas hidráulicos e de combustível de aeronaves. Nestes sistemas, a liga Ti-3Al-2,5V é comummente empregue em sistemas de tubagem hidráulica de alta pressão que operam a pressões até 28 MPa, substituindo o aço inoxidável 21-6-9 e conseguindo uma redução de peso de 40%.
O sistema de tubagem de controlo de aplicações do Boeing 777 utiliza a liga Ti-15-3 em vez do titânio CP original de baixa resistência, reduzindo o peso em 63,5 kg por avião. As aplicações das ligas de titânio aeroespaciais em sistemas de combustível incluem também estruturas soldadas para acumuladores hidráulicos e depósitos de combustível. A liga VT43, desenvolvida na Rússia, foi concebida especificamente para o fabrico de estruturas soldadas em cilindros de gás, acumuladores hidráulicos e depósitos de combustível para equipamentos aeroespaciais.
Estes componentes do sistema aproveitam a elevada resistência específica, a resistência à corrosão e as propriedades de fadiga das ligas de titânio aeroespaciais para garantir o funcionamento fiável da aeronave em condições complexas. Certas ligas de titânio aeroespaciais especializadas incorporam metais preciosos para aumentar a estabilidade a longo prazo em ambientes corrosivos.
A importância das ligas de titânio para o setor aeroespacial reside na sua incomparável combinação de propriedades. Têm uma elevada resistência específica, sendo aproximadamente 40% mais leves que o aço, ao mesmo tempo que oferecem uma resistência equivalente — uma vantagem crucial para a procura da indústria aeroespacial por projetos mais leves. As ligas de titânio apresentam uma ampla gama de temperatura de funcionamento, mantendo um desempenho estável desde condições criogénicas até altas temperaturas de 600 °C.
Quanto mais avançada estiver a aeronave, maior será o teor de titânio. Por exemplo, o caça de quarta geração F-22 dos EUA contém 41% de titânio, sendo a aeronave com o maior teor deste metal. No Boeing 777, as ligas de titânio são utilizadas no fabrico de placas de alhetas formadas a partir de painéis termoformados, uma vez que o seu coeficiente de expansão térmica se alinha bem com o da fibra de carbono, evitando os problemas de corrosão eletroquímica que surgem quando o alumínio entra em contacto com a grafite.
Do ponto de vista económico, embora as ligas de titânio para o setor aeroespacial apresentem custos iniciais mais elevados, projetos e processos otimizados — como a liga russa VT43 — podem reduzir os custos em 20%, o consumo de energia para tratamento térmico em 50% e a carga de trabalho para processamento sob pressão em 20% e maquinação em 30%. Estas propriedades fazem das ligas de titânio para o setor aeroespacial materiais indispensáveis na indústria aeroespacial moderna. Certas ligas de titânio de alto desempenho para o setor aeroespacial contêm metais preciosos, garantindo fiabilidade em ambientes extremos e tornando-as muito procuradas pelas empresas de reciclagem de metais preciosos .
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