Titanio commercialmente puro

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Qualità W. Nr. Normativa Resistenze
Grade 1 3.7025 ASTM B 265 - F 67 Rm = 240 N/mm2 min
Grade 2 3.7035 ASTM B 265 - F 67 Rm = 345 N/mm2 min
Grade 7 3.7235 ASTM B 265 - F 67 Rm = 345 N/mm2 min
Grade 11 3.7225 ASTM B 265 - F 67 Rm = 240 N/mm2 min

Un metallo leggero che si protegge da sé

Il titanio ha una densità di 4,51 g/cm³, circa il 57 % di quella dell’acciaio, e un modulo elastico di circa 105 GPa, la metà dell’acciaio: offre quindi un rapporto resistenza/peso molto elevato e una grande flessibilità elastica. Fino a 882 °C è stabile la fase α, a reticolo esagonale compatto; al di sopra si trasforma nella fase β, cubica a corpo centrato.

Celle cristalline del titanio: fase alfa esagonale compatta e fase beta cubica a corpo centrato

Le due forme allotropiche del titanio. I gradi commercialmente puri si usano nello stato α.

Che cosa distingue i gradi

I gradi commercialmente puri non sono leghe: si distinguono per il contenuto di elementi interstiziali, soprattutto ossigeno, e di ferro. Gli atomi di ossigeno, piccoli, occupano gli interstizi ottaedrici del reticolo esagonale e ostacolano lo scorrimento delle dislocazioni (rafforzamento per soluzione solida interstiziale): più ossigeno significa più resistenza e meno duttilità.

  • Grade 1 (O ≤ 0,18 %): il più tenero e duttile, ideale per imbutiture profonde e formature severe.
  • Grade 2 (O ≤ 0,25 %): il compromesso più diffuso fra resistenza e formabilità.
  • Grade 11 e Grade 7: hanno la stessa base del Grade 1 e del Grade 2, con l’aggiunta di 0,12–0,25 % di palladio.
Grafico a barre della resistenza minima dei Grade 1, 2, 7 e 11 con i limiti di ossigeno, ferro e palladio

Resistenza minima a trazione e limiti di composizione dei quattro gradi.

Perché resiste alla corrosione

Il titanio è un metallo molto reattivo, ma proprio per questo si ricopre istantaneamente di un film di biossido TiO₂ spesso pochi nanometri ed estremamente stabile. In acqua di mare, soluzioni di cloruri, acidi ossidanti e ambienti biologici la velocità di corrosione è praticamente nulla; il titanio è inoltre biocompatibile. I suoi punti deboli sono gli acidi riducenti (cloridrico, solforico) e la corrosione interstiziale in cloruri caldi, dove il film può sciogliersi e il metallo passa in corrosione attiva.

L’effetto del palladio (Grade 7 e 11)

Il palladio, pur in piccola quantità, si accumula sulla superficie e catalizza la riduzione degli ioni idrogeno. La reazione catodica diventa molto più veloce e sposta il potenziale di corrosione dalla zona attiva alla zona passiva: il film di TiO₂ resta stabile anche negli acidi riducenti e nelle fessure. È la cosiddetta protezione per modifica catodica.

Diagramma di Evans: la retta catodica del titanio al palladio interseca la curva anodica nella zona passiva

Con il palladio l’intersezione tra le curve, cioè il punto di lavoro, cade nel campo passivo.