Il titanio è un materiale robusto, vanta una grande resistenza meccanica combinata a una notevole leggerezza, è fortemente resistente alla corrosione e può sopportare temperature estreme. In aggiunta a tutto ciò, il titanio è un materiale atossico e biocompatibile, ovvero non ha alcun effetto nocivo sugli organismi con i quali entra in contatto.

Per queste sue peculiari proprietà si ricorre al titanio, o alle sue leghe, per una vastità di impieghi, in moltissimi settori produttivi: da oggetti e strumenti di utilizzo comune, fino ai componenti per le più sofisticate apparecchiature utilizzate dall’uomo. Si va, così, dal settore aerospaziale al navale, dalle strumentazioni chimiche alle protesi in ambito medicale.

Origine, proprietà e caratteristiche meccaniche del titanio

Il principale minerale da cui si estrae il titanio è l’ilmenite, i cui giacimenti si trovano in Ucraina e Norvegia, per quanto riguarda il continente europeo, in Canada e in Australia, per il resto del globo.

Il titanio può essere ricavato anche da un secondo minerale, il rutilio, abbondantemente presente nel Nord America e nel suolo sudafricano.

Perché scegliere il titanio: caratteristiche fisiche e meccaniche

Il titanio è un materiale dalle prodigiose proprietà meccaniche. Non è magnetico, vanta un’ottima resistenza alla trazione, pari a quella delle più diffuse leghe di acciaio, e una densità decisamente superiore a quella delle più comuni leghe di alluminio.

Caratteristiche, queste, che rendono il titanio particolarmente adatto per la produzione di parti meccaniche, quali telai e minuterie, ad esempio.

Ma non sono queste le uniche caratteristiche fisiche che fanno del titanio la miglior scelta possibile come materiale in molteplici applicazioni.

Caratteristiche fisiche e tecniche del titanio

Resistenza alla corrosione

Dopo il platino, il titanio è il materiale metallico con la migliore resistenza alla corrosione. A contatto con l’ossigeno presente nell’aria e nell’acqua, per un fenomeno elettrochimico – passivazione – il titanio sviluppa uno denso strato di ossido sulla propria superficie che esercita una funzione protettiva dagli agenti esterni.

Per questo fenomeno il titanio viene utilizzato nel settore navale, per la produzione di parti a contatto con l’acqua di mare, ad esempio le eliche dei motori.

Lo strato di ossido che riveste la superficie del titanio è anche il responsabile del caratteristico cambiamento di colore del materiale.

Resistenza agli stress termici

Il titanio è un materiale con buone proprietà di scambio termico, ha un coefficiente di dilatazione termica solo di poco inferiore all’acciaio e circa la metà rispetto all’alluminio.

Una delle più importanti proprietà del titanio, è il punto di fusione di 1725 °C, di circa 400 °C superiore a quello dell’acciaio e circa 1000 °C dell’alluminio, un fattore che lo rende un materiale adatto per tutte quelle applicazioni dove si raggiungono temperature elevatissime, come accade per il settore aerospaziale.

Basso volume specifico

Un’altra proprietà fisica del titanio, che lo rende un materiale perfetto per molte applicazioni, è il basso volume specifico: un oggetto realizzato in titanio pesa all’incirca la metà rispetto allo stesso realizzato in acciaio.

Titanio: difficoltà di lavorazione

Se, da un lato, le particolari proprietà del titanio fanno sì che i manufatti finiti offrano notevoli e numerosi vantaggi, dall’altro possono costituire un ostacolo in fase di lavorazione. In particolare, a rendere difficoltose la tornitura e la fresatura del titanio sono:

Conducibilità termica ridotta

Il calore sviluppato per attrito durante la lavorazione non viene dissipato abbastanza velocemente, si concentra nell’area di taglio e nell’utensile stesso, danneggiandolo.

Reattività chimica elevata

Provoca la saldatura tra il truciolo e l’utensile utilizzato per la sua asportazione, causando abrasioni sul materiale e la rapida usura dell’utensile stesso.

Modulo di elasticità basso

Causa una deflessione del materiale nella zona di taglio, che si allontana dall’utensile facendolo vibrare. Questo fenomeno riduce l’efficacia del taglio, influendo negativamente sulla qualità della lavorazione e accelerando l’usura dell’utensile.

Da questo consegue che, per la lavorazione meccanica del titanio, occorre prestare particolare attenzione a diversi fattori:

• le specifiche della macchina
• le specifiche di utensili e portautensili
• la pressione e il volume del fluido da taglio per la rimozione del truciolo.

È, inoltre, fondamentale seguire con attenzione delle linee guida ben precise per la programmazione della macchina e l’esecuzione della lavorazione.

Allo stesso modo è fondamentale eseguire delle verifiche preliminari accurate sulla qualità e composizione della materia prima, così come dei rigorosi controlli sul pezzo finito.

Cosa può fare Lomec Aerospace

Oggigiorno, il mercato esige prodotti in titanio di alta qualità, spesso con valori di ferro e idrogeno molto bassi. Per questo, su richiesta, Lomec esegue analisi chimiche specifiche sulla composizione del materiale da lavorare e ne accerta la corretta composizione.

Parallelamente, il materiale può essere sottoposto a prove meccaniche di trazione e resilienza.

Internamente vengono, poi, eseguiti i “Non destructive tests”, ovvero ultrasuoni (livello II) e liquidi penetranti a contrasto di colore (livello II), in conformità con gli standard europei internazionali UNI EN ISO 9712 e americani ASNT-TC-1A.

Elenco delle lavorazioni meccaniche possibili

Ecco le fasi di lavorazione che Lomec può eseguire sul titanio:

• Sgrossatura: consiste nell’asportazione dal materiale grezzo della crosta “protettiva” naturale che si forma per ossidazione sulla superficie esterna del titanio, soprattutto nel caso di processi di forgia. Questo processo avviene tramite l’impiego di torni e fresatrici particolarmente robusti e utensili con carburi di tungsteno.
• Finitura a disegno: eseguita per mezzo di torni di precisione e centri di lavoro a controllo numerico con processi certificati.
• Controllo: garantire la qualità della lavorazione del titanio non è sufficiente, in Lomec viene eseguito uno scrupoloso controllo delle caratteristiche del materiale per ognuna delle diverse fasi del ciclo produttivo, dall’approvvigionamento della materia prima, alla consegna del prodotto finito. Questo passaggio è fondamentale per assicurare l’immissione sul mercato di materiale e lavorati in titanio della massima affidabilità.
• Prove, controlli e collaudi: non solo controlli sulla qualità e struttura fisica del materiale, in Lomec vengono effettuati controlli rigorosi a verifica della bontà della lavorazione. Questo è un passaggio fondamentale, soprattutto in tutte quelle situazioni critiche, dove anche una sola leggera imperfezione potrebbe compromettere il corretto funzionamento di grandi impianti e mettere a rischio la struttura all’interno della quale sono collocati oltre all’incolumità dei lavoratori.

Per ottenere un prodotto di qualità occorre affidarsi a un partner affidabile, che possa vantare una comprovata esperienza nella lavorazione del titanio, oltre a un parco macchine e dei processi adeguati.

Lomec ti supporta non solo eseguendo lavorazioni del titanio all’avanguardia, ma ti affianca, mettendo a tua disposizione tutto il know-how accumulato, offrendo un servizio di consulenza e co-engineering.