Ti64: o guia definitivo sobre a liga de titânio Grau 5
O que é Ti64?
Ti64 , também conhecida como Ti-6Al-4V, Grau 5 (Grade 5) ou UNS R56400, é a liga de titânio mais utilizada no mundo, representando mais da metade de todo o titânio consumido globalmente. Trata-se de uma liga da classe alfa-beta, combinando aproximadamente 6% de alumínio, 4% de vanádio e o restante titânio, com traços de ferro, oxigênio, carbono e nitrogênio.
Desenvolvida no início dos anos 1950 no Watertown Arsenal (EUA) por Stanley Abkowitz, a liga foi considerada um avanço estratégico de importância militar e permanece até hoje como referência industrial.
Por que Ti64 é tão relevante?
Combina excepcional relação resistência-peso, resistência à corrosão superior e boa tenacidade, operando em temperaturas de até 400°C. Nenhuma outra liga metálica entrega este equilíbrio com custo competitivo.
Composição química e propriedades
Composição nominal (ASTM B348 / AMS 4928)
| Elemento | Teor (%) |
|---|---|
| Alumínio | 5,5 – 6,75 |
| Vanádio | 3,5 – 4,5 |
| Ferro | ≤ 0,30 |
| Oxigênio | ≤ 0,20 |
| Carbono | ≤ 0,08 |
| Nitrogênio | ≤ 0,05 |
| Hidrogênio | ≤ 0,015 |
| Titânio | balanço |
Propriedades mecânicas típicas
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade | 4,43 g/cm³ |
| Módulo de elasticidade | 114 GPa |
| Resistência à tração | 900 – 1000 MPa |
| Limite de escoamento | 830 – 880 MPa |
| Alongamento | 10 – 14% |
| Dureza | 32 – 36 HRC (recozido) |
Comparativo com outros materiais:
Ti64 pesa 44% menos que aço inoxidável e mantém resistência equivalente. Comparado ao alumínio 7075-T6, suporta temperaturas 200°C mais altas com resistência específica superior.
Microestrutura e tratamentos térmicos
Estrutura alfa-beta
A fase alfa (hexagonal compacta) confere resistência mecânica e soldabilidade. A fase beta (cúbica de corpo centrado) adiciona ductilidade e capacidade de endurecimento. O alumínio estabiliza a fase alfa; o vanádio estabiliza a fase beta.
Tratamentos térmicos comuns
Recozimento
700 – 785°C por 1 a 4 horas seguido de resfriamento lento. Alivia tensões e uniformiza a microestrutura. Dureza final: 30 – 34 HRC.
Solubilização e envelhecimento
Aquecimento a 900 – 955°C, têmpera em água ou óleo, envelhecimento a 480 – 595°C. Eleva resistência para até 1100 MPa. Dureza: 38 – 42 HRC.
Tratamento por alívio de tensões
480 – 650°C por 1 a 2 horas. Indicado após usinagem ou conformação a frio.
Processamento e usinagem
Ti64 é classificada como material de baixa usinabilidade (índice 0,2 comparado ao aço 1212). Exige ferramentas de metal duro ou cerâmica, refrigeração abundante e baixas velocidades de corte.
Recomendações práticas
| Parâmetro | Recomendação |
|---|---|
| Velocidade de corte | 30 – 60 m/min (metal duro) |
| Avanço | 0,1 – 0,3 mm/rotação |
| Refrigeração | emulsão a alta pressão |
| Ferramentas | insertos com geometria positiva e aresta viva |
Desafio da usinagem:
Ti64 retém calor na aresta de corte, baixa condutividade térmica e endurece por deformação. Sem técnica adequada, ocorre desgaste prematuro e rugosidade fora de especificação.
Aplicações industriais
Aeroespacial e defesa
Principal mercado consumidor. Discos e pás de turbinas, carenagens, trens de pouso, componentes estruturais de fuselagem, parafusos e fixadores. O Boeing 787 contém aproximadamente 15 toneladas de Ti64.
Implantes médicos e odontológicos
Excelente biocompatibilidade, osseointegração e resistência à corrosão por fluidos corporais. Próteses de quadril e joelho, placas ósseas, parafusos, implantes dentários e instrumentos cirúrgicos. Normas ASTM F136 e ISO 5832-3 específicas para uso médico.
Indústria química e naval
Trocadores de calor, vasos de pressão, válvulas e tubulações expostas a meios agressivos (água do mar, ácidos oxidantes, cloretos). Dutos submarinos e sistemas de dessalinização.
Automotivo de alto desempenho
Bielas, válvulas, molas e sistemas de exaustão em veículos de competição e edições limitadas.
Energia e óleo & gás
Risers, revestimentos de poços, componentes para turbinas eólicas offshore e trocadores de calor geotérmicos.
Ti64 em manufatura aditiva
A liga é o material metálico mais consolidado em impressão 3D por fusão a laser (SLM) ou feixe de elétrons (EBM). Componentes com geometria complexa, antes impossíveis de usinar, são produzidos com redução de peso e lead time.
Cuidados específicos
- Atmosfera inerte com oxigênio residual < 0,1%
- Controle rigoroso da dissipação térmica
- Tratamento térmico pós-impressão obrigatório
- Hot Isostatic Pressing (HIP) para eliminar porosidade
Comparação: Ti64 x outras ligas de titânio
Ti64 vs Ti Grau 2
Ti64 é 3x mais resistente, mas menos dúctil e soldável. Grau 2 é indicado onde conformabilidade é prioridade.
Ti64 vs Ti-6Al-4V ELI
ELI (Extra Low Interstitial) tem teores reduzidos de oxigênio, ferro e hidrogênio. Oferece maior tenacidade à fratura, essencial para aplicações criogênicas e implantes ortopédicos.
Ti64 vs Ti-5Al-2,5Sn
Liga alfa, não tratável termicamente. Melhor soldabilidade, porém resistência inferior. Usada em aplicações criogênicas.
Ti64 vs Ti-10V-2Fe-3Al
Liga beta, permite forjamento a temperaturas mais baixas e atinge resistência superior (até 1300 MPa). Mais difícil de processar.
Resumo para seleção:
Ti64 é a liga de propósito geral. ELI para implantes e baixas temperaturas. Ligas beta para máxima resistência. Ligas alfa para soldagem extensiva.
Normas técnicas e especificações
- ASTM B348 – Barras e tarugos
- ASTM F136 – Implantes cirúrgicos
- AMS 4928 – Barras e anéis
- AMS 4911 – Chapas e folhas
- ISO 5832-3 – Implantes cirúrgicos
- MIL-T-9047 – Especificação militar
Vantagens e limitações
Vantagens
- Maior relação resistência/peso entre metais estruturais
- Resistência à corrosão superior em meios agressivos
- Biocompatível e não tóxico
- Não magnético
- Coeficiente de expansão térmica baixo
Limitações
- Custo elevado (matéria-prima e processamento)
- Baixa usinabilidade
- Reatividade química em altas temperaturas
- Suscetibilidade à contaminação por oxigênio e hidrogênio
- Módulo de elasticidade baixo (menor rigidez que aço)
Perguntas frequentes
Ti64 enferruja?
Não. A camada passiva de óxido (TiO₂) se regenera instantaneamente em presença de oxigênio, conferindo proteção mesmo em água do mar e ambientes ácidos.
Ti64 pode ser soldado?
Sim, com técnicas apropriadas (TIG, MIG, plasma, feixe de elétrons). Requer atmosfera inerte e limpeza rigorosa para evitar contaminação.
Qual a diferença entre Ti64 e Ti64 ELI?
ELI possui menor teor de oxigênio e ferro, resultando em maior ductilidade e tenacidade à fratura, especialmente em temperaturas criogênicas.
Ti64 é magnético?
Não. O titânio e suas ligas são paramagnéticos.
Ti64 pode ser anodizado?
Sim. A anodização produz camada de óxido espessa, aumentando resistência ao desgaste e permitindo coloração por interferência óptica, muito usada em identificação de componentes e joalheria.
Referências e fontes
ASTM International, ASM Handbook Volume 2 – Properties and Selection: Nonferrous Alloys, MatWeb, e especificações AMS.
