Titânio Grade 2 ou Grade 5: talvez você esteja pagando por resistência que não usa
O Grade 5 é o titânio padrão na cabeça da maioria das pessoas. Ele responde por cerca de metade de todo o titânio usado, é o que “titânio” significa na indústria aeroespacial e aparece em desenhos nos quais o Grade 2 faria o trabalho com menos custo e menos dor de cabeça.
Às vezes essa troca seria um erro. Muitas vezes não. Veja como saber.
As duas ligas
Grade 2 é titânio comercialmente puro: cerca de 99% de titânio, com oxigênio e ferro controlados. Estrutura monofásica alfa. Macio, dúctil, extremamente resistente à corrosão, fácil de soldar e conformar.
Grade 5 é o Ti-6Al-4V: 6% de alumínio, 4% de vanádio. Estrutura bifásica alfa-beta, tratável termicamente, com cerca de três vezes a resistência do Grade 2.
| Grade 2 | Grade 5 (Ti-6Al-4V) | |
|---|---|---|
| Limite de escoamento | ~275 MPa | ~830 MPa |
| Resistência à tração | ~345 MPa | ~900 MPa |
| Dureza | ~145 HV | ~340 HV (~36 HRC) |
| Alongamento | ~20% | ~14% |
| Temperatura máxima de serviço | ~300 °C | ~400 °C |
| Soldabilidade | Excelente | Boa, exige cuidado e proteção com gás inerte |
| Conformabilidade | Boa a frio | Ruim a frio, exige conformação a quente |
| Resistência à corrosão | A melhor das duas | Muito boa, um pouco abaixo do Gr 2 |
| Custo relativo do material | Referência | ~1,3–1,6× |
| Custo relativo de usinagem | ~0,5–0,7× o Grade 5 | Referência |
Duas linhas merecem atenção. O Grade 2 tem resistência à corrosão melhor, não pior: os elementos de liga a reduzem um pouco. E o Grade 2 usina com cerca do dobro de facilidade, o que em uma peça complexa pode pesar mais que o preço do material.
Quando o Grade 2 é a resposta certa
O requisito é corrosão, não carga. Tubulação de processos químicos, componentes de trocadores de calor, anodos, conexões para água do mar, equipamentos de dessalinização, acabamentos navais. Se a função da peça é não corroer, a liga mais barata e mais resistente à corrosão é também a melhor liga.
A peça vai ser soldada. O Grade 2 solda com facilidade. O Grade 5 solda, mas o cordão e a zona termicamente afetada perdem ductilidade, e o procedimento exige proteção adequada com gás inerte na frente e no verso. Em um conjunto soldado, o Grade 2 elimina uma categoria inteira de risco.
A peça vai ser conformada. O Grade 2 pode ser conformado a frio. O Grade 5, em grande parte, não.
A tensão é realmente baixa. Suportes, tampas, carcaças e espaçadores que não carregam quase nada, mas precisam resistir a agentes químicos ou precisam ser leves e não magnéticos.
Implantes médicos, quando a norma permite. Grade 2 e Grade 4 são usados em componentes de implantes quando a resistência permite; o Grade 23 ELI cobre os casos de alta resistência.
Quando o Grade 5 justifica o preço
Carga estrutural. Qualquer peça sujeita a tensão significativa. Três vezes o limite de escoamento não é uma margem pequena.
Fadiga. Carregamento cíclico favorece fortemente o Grade 5.
Roscas e pequenos detalhes que suportam carga. Roscas em Grade 2 engripam e espanam com cargas que o Grade 5 suporta sem esforço.
Temperatura elevada sob carga.
Estruturas críticas em peso, em que a relação resistência/peso é o motivo inteiro de se escolher titânio.
As ligas intermediárias
A escolha não é binária.
Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) fica no meio: cerca de 620 MPa de escoamento, ainda soldável e conformável, muito usado em tubos e linhas hidráulicas. É pouco aproveitado por compradores que só conhecem o 2 e o 5.
Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) é o Grade 5 com oxigênio e ferro reduzidos, para melhor tenacidade à fratura e desempenho criogênico. Padrão em implantes e em parte da indústria aeroespacial. Mais caro e com disponibilidade de material mais restrita.
Grades 7 e 11 adicionam paládio para resistir a ácidos redutores, em que o titânio comercialmente puro tem dificuldade.
Grade 12 adiciona molibdênio e níquel para resistência à corrosão em frestas em temperatura elevada.
Usinagem, em poucas palavras
As duas ligas compartilham os fundamentos do titânio: baixa condutividade térmica, reatividade química, retorno elástico e a exigência absoluta de que a ferramenta continue em movimento e mantenha uma carga de cavaco real. Usinagem de Ti-6Al-4V (em inglês) traz os parâmetros, e eles valem para o Grade 2 com velocidades cerca de 50–80% maiores.
O problema específico do Grade 2 é ser pastoso. Ele forma aresta postiça e rasga em vez de cisalhar, então o acabamento pode ficar ruim se a ferramenta não estiver afiada. O problema do Grade 5 é calor e desgaste de ferramenta. Queixas diferentes, mesma solução: ferramentas afiadas, avanço adequado, refrigeração sob pressão.
Em peças de parede fina, a menor rigidez do Grade 2 piora a deflexão em vez de melhorar. Veja titânio de parede fina (em inglês).
Como decidir, com uma pergunta
A peça está sendo protegida de quê: de carga ou de química?
Se a resposta é química, comece pelo Grade 2 e só suba se um cálculo de tensões obrigar. Se a resposta é carga, comece pelo Grade 5.
Se a resposta é as duas coisas, diga isso no pedido de cotação, junto com o ambiente e as cargas. Esse é o tipo de pergunta em que um fornecedor pode ajudar antes de o desenho ser congelado, e perguntar nesse momento sai muito mais barato do que depois do primeiro artigo.
Leitura de base: ligas de titânio.
Envie o desenho e o que a peça faz e receba uma cotação com preço em até 24 horas úteis: se uma liga mais barata aguentar a sua aplicação, o engenheiro avisa na mesma resposta.