Come vengono brasati il titanio e le leghe di titanio?

Il titanio puro è titanio alfa, con un reticolo esagonale compatto al di sotto degli 882,5 °C, e titanio beta, con un reticolo cubico a corpo centrato tra gli 882,5 °C e i 1.668 °C. Il comportamento alla brasatura dipende dall’equilibrio di fase e dal trattamento termico. Le leghe alfa sono stabili, resistenti alla corrosione e facilmente brasabili; le leghe alfa-beta offrono proprietà equilibrate; le leghe beta sono più soggette a segregazione e instabilità termica.

Caratteristiche principali della brasatura

1. È necessario rimuovere uno strato di ossido resistente e stabile e proteggere la superficie pulita fino al completamento della brasatura.
2. Il titanio riscaldato assorbe ossigeno, idrogeno e azoto, riducendo drasticamente la duttilità e la tenacità; utilizzare il vuoto o un gas inerte secco.
3. Il riscaldamento a temperature prossime o superiori alla temperatura di trasformazione da alfa a beta può causare la crescita dei grani beta e la formazione di alfa-prime aghiformi in caso di raffreddamento rapido.
4. Il titanio reagisce con molti materiali di apporto. Ciò migliora la bagnabilità, ma può dissolvere il metallo di base o dare origine a composti intermetallici fragili.

Famiglie di metalli d’apporto

Metalli d’apporto a base di argento, palladio, alluminio e titanio

I riempitivi a base di argento sono stati i primi sistemi ampiamente utilizzati per i componenti in titanio a temperature inferiori a circa 540 °C. L’aggiunta di rame riduce la bagnabilità all’aumentare della sua concentrazione; una quantità compresa tra 0,2 e 0,5% di litio può migliorarla. Il litio abbassa inoltre la temperatura di fusione e contribuisce a rimuovere i film di ossido e nitruro. Le leghe Ag-Cu con un contenuto di Cu superiore a circa 15% possono formare composti intermetallici fragili; l’aggiunta di Ni e di una piccola quantità di Li può migliorare la resistenza e la tenacità del giunto.

Il palladio migliora la bagnabilità e la resistenza alle alte temperature, poiché è reciprocamente solubile con il titanio e con molti componenti comuni dei metalli d’apporto. I materiali di apporto a base di alluminio sono utili quando la brasatura deve avvenire a temperature vicine a quelle di invecchiamento. I materiali di apporto a base di titanio utilizzano Ni, Cu, Zr, Be o altri stabilizzatori beta per abbassare la temperatura di fusione. Offrono giunti resistenti e resistenti alla corrosione, ma possono dissolvere in modo aggressivo il materiale di base sottile o formare strati di diffusione fragili.

Metalli d’apporto amorfi e controllo del processo

I riempitivi di titanio amorfo fondono a una temperatura compresa tra 840 e 900 °C, spesso almeno 40 °C al di sotto del transus beta delle comuni leghe di titanio. La loro forma uniforme in fogli da 30–50 μm garantisce una buona bagnabilità, scorrevolezza e uniformità del giunto.

Sgrassare e rimuovere l'ossido mediante sabbiatura o un adeguato trattamento di pulizia con acidi. Eseguire la brasatura in atmosfera di argon o sotto vuoto, utilizzando il riscaldamento a induzione o in forno. Il riscaldamento rapido e i brevi tempi di mantenimento limitano la formazione di strati di reazione interfacciali; tuttavia, la temperatura e il tempo devono comunque consentire al materiale d'apporto di riempire completamente lo spazio del giunto.