Ottimo rapporto resistenza/peso. Difficile lavorabilità all’utensile. Interessanti proprietà. Utilizzo in contino aumento. E’ il titanio.
L’impiego del titanio è in continuo aumento: ma perché? Certamente l’ottimo rapporto resistenza/peso, le elevate proprietà meccaniche, in particolare alle alte temperature, rendono le leghe di titanio di sicuro interesse laddove peso e caratteristiche sono fondamentali, per esempio quando i manufatti devono confrontarsi in condizioni di lavoro estreme.
Per contro, la produzione di componenti in titanio rappresenta una sfida per la lavorazione all’utensile dato che, rispetto ad altri materiali, come ghisa o acciaio inossidabile, le caratteristiche metallurgiche e le proprietà hanno una maggiore influenza sull’azione del taglio.
Non a caso, si parla di materiale di “difficile lavorabilità“, classificato nella categoria degli ISO S, per quanto il “concetto” abbia un significato diverso a seconda del tipo di lega di titanio.
Comunque sia, la sfida richiede conoscenze applicative specifiche e utensili ottimizzati, in modo da rendere la lavorazione all’utensile performante ed efficiente.
Alcune leghe di titanio possono essere vantaggiosamente utilizzate per la produzione di manufatti con tecnologia additiva ma, anche in questo caso, è indispensabile la padronanza sia della tecnologia sia del materiale.
L’impiego delle leghe di titanio, sebbene inizialmente fosse limitato ai settori “nobili”, come l’aerospace o il racing, negli anni ha subito una forte espansione.
Oggi c’è un particolare apprezzamento in comparti quali:
• aerospaziale:
• per motori
• per struttura
• per carrelli di atterraggio
• per piccoli componenti
• automobilistico:
• per strutture
• leveraggi
• scatole cambio
• connessioni
• turbo
• navale
• medicale
Dalla metallurgia alle proprietà
Il titanio è un metallo di colore bianco argenteo e, fra i metalli, è al quarto posto per abbondanza sulla crosta terrestre.
Con la messa a punto di efficaci processi di estrazione, hanno preso piede due “tipologie” di materiale: il titanio commercialmente puro (>99%) e le leghe, con Ti 80÷98% e aggiunta di altri elementi in lega (Al, Cr, V).
Il titanio presenta due forme allotropiche:
• fase α, con reticolo esagonale, stabile fino a circa 882,5 °C
• fase β, con reticolo CCC, stabile fino alla temperatura di fusione (1670°C)
Le due forme presentano caratteristiche chimico-fisiche differenti, basti considerare i reticoli: il CCC è tipico dei metalli mediamente duttili, come il ferro, mentre l’esagonale è proprio dei metalli meno duttili e quindi scarsamente deformabili.
L’aggiunta degli elementi di lega permette comunque di lavorare su caratteristiche e aree di stabilità. La fase α mantiene elevate caratteristiche meccaniche ad alte temperature grazie al contenuto, spesso elevato, di Al, ma non consente trattamenti termici; la fase β garantisce proprietà meccaniche più elevate e per questo è impiegata in manufatti soggetti a forti sollecitazioni in esercizio. Per quanto riguarda le proprietà, le leghe di titanio presentano:
• buona resistenza alla corrosione;
• alto rapporto resistenza/peso;
• sono leggere, dure, duttili e con bassa densità;
• non sono facilmente lavorabili all’utensile, con una difficoltà di lavorazione per asportazione di truciolo paragonabile a quella dell’acciaio inossidabile.
Parlando di difficoltà di lavorazione all’utensile, è dovuta alle alte temperature che si generano durante il taglio, alla reattività chimica con gli utensili e al modulo elastico relativamente basso del materiale. Il truciolo ha uno spessore abbastanza ridotto, la pressione di contatto è elevata, la conducibilità termica è bassa, il che provoca una temperatura insolitamente alta sulla punta dell’utensile.
