Metallurgia del titanio
Il titanio puro ha normalmente una struttura esagonale (alfa -Α), ma si trasforma in una forma cubica centrata sul corpo (beta -) quando riscaldato oltre 882 °C. L'aggiunta di elementi di lega al titanio influenza questa temperatura di trasformazione e in molte leghe si ottiene un beta che viene conservato a temperatura ambiente, producendo così un materiale che contiene sia la fase alfa che quella beta o addirittura uno che è interamente beta. Le quantità relative di fasi alfa e beta in ogni particolare lega hanno un effetto significativo sulle proprietà di quel materiale in termini di resistenza alla trazione, duttilità, proprietà di scorrimento viscoso, saldabilità e facilità di formabilità. È pratica comune nell'industria metallurgica riferirsi alle leghe di titanio in base alla loro struttura, quindi leghe alfa, alfa-beta e beta, esempi delle quali sono riportati nella Tabella 1.
Leghe alfa
Il titanio commercialmente puro è, infatti, legato con piccole quantità di ossigeno che ne aumentano la durezza e la resistenza alla trazione. Variando le quantità aggiunte è possibile produrre una gamma di gradi di titanio commercialmente puri con livelli di resistenza variabili tra 290 e 740 MPa. Questi materiali sono nominalmente tutti di struttura alfa, sebbene siano possibili piccole quantità di fase beta se i livelli di impurità degli stabilizzanti beta come il ferro sono elevati. Sebbene le leghe alfa non possano essere trattate termicamente per aumentarne la resistenza, l'aggiunta del 2,5% di rame al titanio dà come risultato un materiale che risponde al trattamento della soluzione e all'invecchiamento in modo simile alle leghe di alluminio-rame. L'alluminio come lega aggiunta al titanio è uno stabilizzatore alfa e si trova in molte leghe disponibili in commercio.
Leghe alfa-beta
Elementi come vanadio, molibdeno, ferro e cromo stabilizzano la fase beta e sono state sviluppate molte leghe alfa-beta. Si tratta generalmente di materiali con resistenza medio-alta con resistenza alla trazione da 620 a 1250 MPa e con carico di snervamento utile fino a 350 a 400 oC. Oltre alle proprietà di trazione, la fatica a basso ed alto numero di cicli e la resistenza alla frattura sono ora parametri di progettazione critici, quindi sono state sviluppate procedure di trattamento termico e termomeccanico per garantire che le leghe forniscano un equilibrio ottimale di proprietà meccaniche per un'ampia gamma di applicazioni.
Per la massima resistenza al creep a temperature superiori a 450°C, vengono ora utilizzate leghe di tipo quasi alfa. Questi offrono una resistenza allo scorrimento accettabile a temperature fino a 600 oC.
Leghe Beta
Esistono specifiche internazionali e nazionali per i materiali di titanio utilizzati nel settore aerospaziale, ma non esiste una copertura simile per i materiali per applicazioni non aeronautiche. Generalmente per questo settore sono presenti i capitolati della serie ASTM. L'altra classe di materiali di titanio sono le leghe beta. Quando al titanio vengono aggiunti sufficienti elementi beta-stabilizzanti, è possibile produrre tutte le-leghe beta. Questi materiali sono disponibili da molti anni, ma solo di recente sono diventati famosi. In genere sono più facilmente lavorabili a freddo rispetto alle leghe alfa-beta, sono trattabili termicamente per ottenere resistenze elevate e alcune hanno una resistenza alla corrosione superiore rispetto ai gradi commercialmente puri.
