Il titanio e le sue proprietà

Oltre ad essere il quarto tra i metalli per abbondanza, il titanio è il nono elemento in ordine di utilizzazione industriale. Lo precedono – naturalmente – l’alluminio, il ferro e il magnesio.

Con peso atomico 47,867, è leggero e robusto: le sue proprietà combinano alta resistenza, tenacità, rigidità, bassa densità e buona resistenza alla corrosione.

La sua bassa densità (circa il 60% della densità del ferro) può essere rafforzata tramite elementi leganti e processi di deformazione. Non-magnetico, ha una buona proprietà di scambio termico. Il suo coefficiente di dilatazione termica è un po’ inferiore a quello degli acciai e meno della metà di quello dell’alluminio.

Altra proprietà utile è l’alto punto di fusione di 3135 ° F (1725 ° C), superiore di circa 400 ° C a quello dell’acciaio e di circa 2000 ° C a quello dell’alluminio.

Il titanio può essere passivato e resiste agli attacchi di acidi e base meglio dell’acciaio inossidabile. Le eccellenti resistenza alla corrosione e biocompatibilità, unite alla resistenza, lo rendono adatto alle applicazioni chimiche e petrolchimiche, ambienti marini e applicazioni biomedicali.

Per quanto riguarda la conduttività elettrica, quella del titanio è il 3,1% di quella del rame. Il titanio, dunque, non è un buon conduttore di elettricità, ed offre una elevata resistenza elettrica.

Per una visione più completa, ecco le proprietà del titanio raggruppate in una tabella:

Principali caratteristiche del titanio
Peso specifico	4.5 g/cm3
Densità	4500 Kg/m3
Temperatura di fusione	1680 °C
Conduttività termica	17 W/m°C
Coefficiente di espansione lineare (20-100 °C)	8.9*10-6 /°C
Conduttività elettrica	3% IACS (rame 100%)

Dal titanio puro alle leghe

Il titanio commercialmente puro viene classificato in quattro gradi, che differiscono sostanzialmente per

• la resistenza;
• l’usabilità.

In estrema sintesi, la prima aumenta e la seconda diminuisce all’alzarsi del grado,

Le leghe di titanio si suddividono in:

• titanio commercialmente puro (CO): è il raggruppamento che contiene la maggior percentuale di titanio. Tipiche sono l’elevata resistenza a corrosione e caratteristiche meccaniche di valore medio basso.
• Leghe α: presentano buona saldabilità e mantenimento delle caratteristiche meccaniche anche a temperature elevate di esercizio, grazie al contenuto generalmente alto di alluminio. L’impiego nei componenti particolarmente sollecitati è impedito dal fatto che non possono essere sottoposte a nessun trattamento termico.
• Leghe b: garantiscono le migliori proprietà meccaniche. Hanno saldabilità molto limitata o nulla, vengono impiegate nelle costruzioni di bulloni, molle e parti fortemente sollecitate.
• Leghe α+b: nel gruppo figurano le leghe più utilizzate, con elevate caratteristiche meccaniche e largamente usate nella produzione di parti per aerei.

Le leghe di titanio, piuttosto numerose, vengono classificate in gradi.

Nella manifattura tradizionale, come anche nella stampa 3D, sono in particolare usate:

• la Ti6Al4V (grado 5)
• la Ti6Al4V ELI (grado 23).

Tra tutte le leghe di titanio, il grado 5 è la più usata: componenti di motori, parti strutturali di auto e aerei, elementi di fissaggio aerospaziali, e anche attrezzature sportive di alto livello.

La Ti 6Al4V ELI, o semplicemente grado 23, è la versione più pura del grado 5. Grazie alla sua biocompatibilità, alla buona resistenza alla fatica e al basso modulo può essere impiegato in ambito dentale e medico.

Stampaggio a caldo e a freddo del titanio

Stampato a caldo o a freddo, il titanio consente di realizzare lavorazioni speciali di qualità eccellente.

In particolare, il processo a caldo garantisce significativi vantaggi quali:

• incremento della resistenza: la continuità longitudinale, anche nella zona critica di passaggio tra testa e gambo, si mantiene inalterata. La materia prima può essere modellata evitando gli intagli tipici dei tradizionali lavori di tornitura. Diminuiscono i fenomeni di distacco tra testa e gambo, frequenti nei lavorati sottoposti a eccessiva sollecitazione. L’assenza di fibre tagliate incrementa la resistenza.
• risparmio di materia prima; ottimizzazione dei costi. Non si creano trucioli durante il processo: la materia prima non si spreca e il prezzo del prodotto si abbassa.

Vantaggi e svantaggi dell’utilizzo del titanio

Vantaggi:

• Basso peso specifico
• Durezza
• Desistenza alla corrosione
• Bassa conducibilità termica
• Radiotrasparenza
• Biochimicamente inerte
• Biotollerabilità
• Atossicità
• Assenza di sapore
• Resistenza alla masticazione

Svantaggi:

• Fusione non sufficientemente precisa
• Formazione di uno strato di ossido sulle superfici
• Distacchi del rivestimento in ceramica
• Porosità interne
• Porosità superficiali che permettono accumuli di placca superiori rispetto alle leghe tradizionali.

La breve carrellata di notizie su un metallo tanto promettente (per settori in espansione quali il medicale, per dirne uno) come il titanio dimostra come praticamente tutti gli svantaggi suindicati si presentino in caso di fusione, e siano quindi totalmente evitati dallo stampaggio a caldo con adeguati forno e pressa, accanto a un consulente esperto che possa indirizzare la scelta della macchina giusta, consigliarne le modalità di esercizio e naturalmente garantire un’impeccabile assistenza che eviti criticità e tensioni al momento di entrare in operatività.