Brasatura del materiale base Titanio

Titanio, Zirconio, Berillio e le loro leghe sono metalli che reagiscono velocemente con l’ossigeno formando ossido molto stabile. In questi metalli, ossigeno, azoto e idrogeno si dissolvono a livello interstiziale. Piccole quantità di ossigeno e azoto interstiziale aumentano significativamente la durezza mentre l’idrogeno interstiziale diminuisce la tenacità e aumenta la sensibilità all’intaglio. In presenza di azoto i metalli citati formano un film superficiale di nitruro causando difficoltà nella bagnabilità durante il processo di brasatura. Il miglior processo per brasare questi metalli è ricorrere ad atmosfera controllata (Argon) di altissima purezza oppure utilizzare forni in vuoto per evitare l’infragilimento.

Atmosfera di gas attive oppure il vuoto proteggono il titanio durante il processo di brasatura in forno o ad induzione (sempre con atm controllata). Pressioni minori di 0,013 Pa o dew point minori di -54°C sono necessari per evitare la decolorazione del titanio durante il processo di brasatura con temperature dai 760 °C ai 927 °C, se si manifesta la decolorazione in fase di raffreddamento la causa è da imputare a perdite nella camera del forno.

Le leghe per la brasatura del titanio possono essere diverse:

• Argento puro e alcune leghe a base Ag come (95Ag-5Al) e (92,5Ag-7,5Cu) garantiscono una resistenza utile del giunto fino a 425°C (temperatura di esercizio post brasatura). I composti intermetallici titanio-argento sono ragionevolmente duttili mentre quelli titanio-rame non lo sono pertanto la percentuale di rame nelle leghe brasanti impiegate deve essere sempre contenuta;
• La lega d’apporto Ag-5Al-0,5Mn è impiegata perché garantisce una buona resistenza alla corrosione in nebbia salina e un’ottima resistenza di taglio nei giunti. Temperatura di brasatura 870-900 °C. La lega che diffonde nella struttura intermetallica del titanio forma dei composti argento-alluminio-titanio relativamente duttili. Nel metallo base Ti-6Al-4V si ottiene un giunto con buona resistenza alla fatica per tensioni di taglio (range di 140-207 Mpa) e assiali;
• Leghe d’apporto base alluminio serie 3003 e 4043 possono essere impiegate per brasare il titanio garantendo una discreta resistenza al taglio fino ai 260 °C. La temperatura di brasatura rimane nel range di 650-690°C;
• E’ possibile applicare le leghe d’apporto 48Ti-48Zr-4Be oppure 43Ti-43Zr-12Ni-2Be in caso sia richiesto un alto grado di resistenza alla corrosione e un’alta resistenza meccanica fino alla temperatura di esercizio del giunto di 540 °C. In generale le leghe d’apporto a base Ti-Zr-Be sono utilizzare per unire titanio con acciaio al carbonio, acciaio inox austenitico, metalli refrattari o metalli reattivi. Temperatura di brasatura 970-1095 °C.
• Leghe d’apporto Ag-Pd-Ga come la 82Ag-9Pd-9Ga e la 81Pd-14,3Ag-4,6Si hanno buona scorrevolezza sul titanio e garantiscono una buona resistenza meccanica, alla corrosione e all’ossidazione. Temperatura di brasatura 879-921 °C. Resistenza al taglio da sovrapposizione 180 Mpa;
• Anche le leghe composite Ti-Ni possono essere utilizzate per la brasatura del titanio ma ci sono pochi riscontri pratici.

Sono stati sviluppati molti gruppi di metalli d’apporto, ma possono essere approssimativamente riassunti in tre famiglie principali: leghe d’apporto a base Ag, leghe a base di Al e leghe a base di leghe di Ti-Zr con aggiunte di Cu, Ni, Mn, Be, Pd, V e Nb. Impiegando leghe a base argento si manifesta la sensibilità agli ioni cloruro indotta (corrosione) e una bassa resistenza alle alte temperature di esercizio. Le leghe d’apporto a base alluminio hanno intervalli di temperatura di fusione che sono sostanzialmente bassi, comunque i giunti risultano fragili e presentano un valore basso di resistenza alla fatica e una bassa resilienza. Leghe Ti-Cu-Ni e Ti-Zr-Cu-Ni dovrebbero essere considerate le migliori leghe d’apporto perché lavorano ad alte temperature e resistono bene in un ambiente altamente corrosivo.