Aplicação da liga de titânio na indústria de válvulas

A liga de titânio possui muitas vantagens, como baixa densidade, alta resistência, resistência à corrosão, resistência a altas e baixas temperaturas, podendo ser amplamente utilizada em diversos setores, como petróleo, indústria química, ambiente marinho, biomedicina, aeroespacial, indústria automotiva e naval. A liga de titânio fundida é obtida pela moldagem da liga de titânio no formato desejado, sendo a liga ZTC4 (Ti-6Al-4V) a mais utilizada, apresentando desempenho de processo estável, boa resistência e tenacidade à fratura (abaixo de 350 °C).

Como principal componente de controle em diversos ambientes especiais e sistemas de transporte de fluidos especiais por meio de tubulações, as válvulas tornaram-se um componente importante em muitos equipamentos de produção, sendo indispensável em qualquer indústria. Devido às diferentes exigências ambientais, de temperatura e de fluidos em diferentes setores, a seleção do material da válvula é crucial e amplamente valorizada. As válvulas baseadas em ligas de titânio e ligas de titânio fundido apresentam grande potencial na área de válvulas devido à sua excelente resistência à corrosão, desempenho em altas e baixas temperaturas e alta resistência mecânica.

Aplicações

- Marinha
O ambiente de trabalho de um sistema de tubulação de água do mar é extremamente severo, e o desempenho das válvulas marítimas afeta diretamente a segurança e o desempenho geral do sistema. Já na década de 1960, a Rússia iniciou pesquisas sobre ligas de titânio para uso naval e, posteriormente, as desenvolveu para aplicações marítimas. A liga de titânio β é amplamente utilizada em sistemas de tubulação de navios militares, incluindo válvulas globo, válvulas de retenção e válvulas de esfera, com uma grande variedade de tipos e inúmeras aplicações. Ao mesmo tempo, as válvulas de titânio também passaram a ser utilizadas em sistemas de tubulação de navios civis. Comparadas às ligas de cobre, aço, etc., utilizadas anteriormente, testes subsequentes demonstraram que o uso de ligas de titânio fundido apresenta alta confiabilidade em diversos aspectos, como resistência estrutural e resistência à corrosão, além de prolongar significativamente a vida útil, de 2 a 5 anos para mais que o dobro, o que despertou grande interesse. A válvula borboleta tripla excêntrica fornecida pelo Instituto de Pesquisa de Construção Naval 725 da China, em Luoyang, para um determinado modelo de navio, representa uma mudança em relação à seleção de materiais e ao esquema de projeto anteriores. Utilizando titânio (Ti80) e outros materiais como material principal, a válvula estende sua vida útil para mais de 25 anos, melhorando a confiabilidade e a praticidade de suas aplicações e preenchendo uma lacuna tecnológica na China.

- Aeroespacial
Na área aeroespacial, as ligas de titânio fundidas também apresentam bom desempenho, graças à sua excelente resistência ao calor e à sua resistência mecânica. Foi também durante a década de 1960 que a American Airlines experimentou pela primeira vez a fundição de titânio. Após um período de pesquisa, as peças fundidas de liga de titânio foram oficialmente aplicadas em aeronaves a partir de 1972 (Boeing 757, 767 e 777, etc.). Não apenas um grande número de peças fundidas de liga de titânio para estruturas estáticas foi utilizado, mas também em posições críticas, como o controle de válvulas em sistemas de tubulação essenciais. As válvulas comumente utilizadas incluem válvulas de segurança, válvulas de retenção, etc., que reduziram os custos de fabricação de aeronaves e aumentaram a segurança e a confiabilidade. Além disso, devido à densidade e ao peso relativamente baixos da liga de titânio em comparação com outras ligas, que representam apenas cerca de 60% do aço com a mesma resistência, sua ampla aplicação pode impulsionar a evolução da indústria aeroespacial em direção a sistemas de alta resistência e baixo peso. Atualmente, as válvulas aeroespaciais são utilizadas principalmente em diversos sistemas de controle, como pneumáticos, hidráulicos, de combustível e de lubrificação, e são mais adequadas para ambientes que exigem resistência à corrosão e altas temperaturas. Elas são um dos componentes cruciais de veículos aeroespaciais, motores e outros departamentos. As válvulas tradicionais geralmente exigem substituição gradual e podem até não atender à demanda. Ao mesmo tempo, com a rápida expansão do mercado de válvulas aeroespaciais, as válvulas de titânio também estão conquistando uma parcela crescente devido ao seu desempenho superior.

- Indústria Química
As válvulas químicas são geralmente utilizadas em ambientes agressivos, como alta temperatura, alta pressão, resistência à corrosão e grandes diferenças de pressão. Portanto, a seleção de materiais adequados é crucial para a aplicação de válvulas na indústria química. Inicialmente, aço carbono, aço inoxidável e outros materiais eram os mais utilizados, porém, a corrosão podia ocorrer após o uso, exigindo substituição e manutenção. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de fundição de ligas de titânio e a descoberta gradual de seu desempenho superior, as válvulas de titânio também ganharam destaque. Tomando como exemplo uma unidade de produção de ácido tereftálico purificado (PTA) na indústria de fibras químicas, o fluido de trabalho é composto principalmente por ácido acético e ácido bromídrico, que possuem alta corrosividade. Cerca de 8.000 válvulas, incluindo válvulas globo e de esfera, de diversos tipos e em grande quantidade, precisam ser utilizadas. Portanto, as válvulas de titânio tornaram-se uma excelente opção, aumentando a confiabilidade e a segurança de uso. Em geral, devido à corrosividade da ureia, as válvulas de entrada e saída da torre de síntese de ureia podem ter uma vida útil de 1 ano e já atendem aos requisitos de uso. Empresas como a Fábrica de Fertilizantes Shanxi Lvliang, a Fábrica de Fertilizantes Shandong Tengzhou e a Fábrica de Fertilizantes Henan Lingbao fizeram várias tentativas e finalmente escolheram válvulas de retenção de alta pressão de titânio H72WA-220ROO-50, H43WA-220ROO-50, 65, 80 e válvulas de bloqueio de isolamento BJ45WA-25R-100, 125, etc., para importação em torres de síntese de ureia, com uma vida útil de mais de 2 anos, demonstrando boa resistência à corrosão [9], reduzindo a frequência e o custo de substituição das válvulas.

A aplicação de ligas de titânio fundido no mercado de válvulas não se limita aos setores mencionados anteriormente, apresentando também um bom desenvolvimento em outros aspectos. Por exemplo, a nova liga de titânio fundido Ti-33,5Al-1Nb-0,5Cr-0,5Si, desenvolvida no Japão, possui diversas vantagens, como baixa densidade, alta resistência à fluência e boa resistência ao desgaste. Quando utilizada na válvula de escape traseira de motores automotivos, ela pode melhorar o desempenho de segurança do motor e prolongar sua vida útil.

- Outras Indústrias
Comparativamente à aplicação de ligas de titânio fundido na indústria de válvulas, as outras aplicações dessas ligas são mais extensas. O titânio e suas ligas possuem excelente resistência à corrosão, o que é de grande importância para indústrias com requisitos corrosivos, como a petroquímica. Nessas indústrias, muitos equipamentos de grande porte que requerem produção industrial, como bombas volumétricas, trocadores de calor, compressores e reatores, utilizam peças fundidas de titânio resistentes à corrosão, que possuem a maior demanda de mercado. Na área médica, devido ao titânio ser um metal reconhecido mundialmente como seguro, atóxico e livre de metais pesados, muitos dispositivos médicos, próteses humanas e outros são fabricados com ligas de titânio fundido. Especialmente na odontologia, quase todas as próteses dentárias testadas são feitas de titânio puro industrial e da liga Ti-6Al-4V, que apresentam boa biocompatibilidade, propriedades mecânicas e resistência à corrosão. Por outro lado, devido às vantagens da baixa densidade e do bom desempenho do titânio e suas ligas, eles são amplamente utilizados em muitos equipamentos esportivos, como tacos de golfe, cabeças de bolas, raquetes de tênis, raquetes de badminton e equipamentos de pesca. Os produtos fabricados com esse material são leves, possuem garantia de qualidade e são muito populares entre o público. Por exemplo, a nova liga de titânio SP-700, desenvolvida pela Japan Steel Pipe Company (N104), é utilizada como material de revestimento nas cabeças de bolas de golfe da série 300 da marca Taylor, que é um sucesso de vendas no mercado global de golfe. Desde o final do século XX, as ligas de titânio fundido têm se industrializado e alcançado escala em setores como petroquímica, aeroespacial, biomédica, automotiva e de esportes e lazer, passando da exploração inicial à atual promoção e desenvolvimento vigorosos.