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.