Il titanio occupa la quarta posizione tra gli elementi metallici piu' abbondanti sulla crosta terrestre (0.4% in peso ).

Essendo chimicamente molto reattivo e affine per l’ossigeno, non e' reperibile allo stato nativo, ma e' diffuso in numerosi minerali tra i quali i piu' importanti, ai fini della sua estrazione, sono l’ilmenite (titanato di ferro) ed il rutilo (biossido di titanio TiO₂) piu' pregiato, ma meno abbondante.

L’impiego del titanio in campo aeronautico e' iniziato intorno al 1950 e gli alti costi tecnologici ne hanno limitato per anni le applicazioni.

Le principali caratteristiche sono:

- la densita' di valore 4.5 g/cm³ e' situata tra quella del ferro (7.9) e quella dell’alluminio (2.7);

- il modulo elastico di 115 Gpa;

- basso coefficiente di espansione termica (a = 9 · 10^-6 °C^-1);

- elevata resistenza alla corrosione, specie in ambienti marini;

- elevata temperatura di fusione 1665°C;

- buona resistenza meccanica fino a temperature di circa 500°C.

Il complesso di queste caratteristiche fanno del titanio e delle sue leghe materiali ottimali per impieghi aerospaziali possedendo essi il piu' alto rapporto resistenza/peso (resistenza specifica) tra tutti i materiali metallici e la possibilita' di mantenere queste caratteristiche anche a temperature elevate.

Le composizioni a struttura esagonale compatta spiccano su tutti i tipi di leghe di titanio per la piu' alta resistenza meccanica e la piu' alta resistenza all’ossidazione ad alte temperature (300-550°C).

A temperatura ambiente i valori della resistenza meccanica sono i piu' bassi. In questo gruppo sono comprese formulazioni con alti tenori di alluminio nelle quali e' presente un minimo di fase beta (normalmente denominate "quasi-alfa"), nonche' i tipi di titanio commercialmente puro o non legato.

Questa classe di leghe e' quella largamente piu' usata comprendendo circa il 70% di tutto il titanio impiegato.

Queste leghe hanno, rispetto alle leghe alfa, piu' elevata resistenza meccanica, sono trattabili termicamente ma hanno minore formabilita'. Esse variano considerevolmente come composizione e pertanto come caratteristiche generali.

Vi sono leghe ad alta stabilita' della fase beta, le quali presentano alta resistenza meccanica a temperatura ambiente ed intermedia.

Queste leghe presentano mediamente le piu' alte caratteristiche meccaniche a temperatura ambiente pur presentando una maggiore densita'.

Le leghe beta possono essere facilmente formate a temperatura ambiente ed hanno migliore saldabilita' delle leghe alfa-beta.

Il comportamento a fatica delle leghe di titanio e' eccellente specialmente su provette lisce. La presenza di intagli riduce la tensione ammissibile in misura dipendente dall’alligazione e da altri fattori metallurgici.

Si puo' affermare che le migliori caratteristiche a fatica si hanno in leghe alfa-beta a grani piccoli che contengono un’alta percentuale di fase alfa .

Le leghe ricotte offrono una notevole tenacita' all’intaglio. Cio' significa buona resistenza intrinseca alla nucleazione e propagazione di cricca, nonche' una buona capacita' di sostenere carichi in presenza di cricche acute.

La massima resistenza a frattura si ottiene per leghe alfa-beta con una buona percentuale di alfa in soluzione (10-25%).

Comportamento alla corrosione

Il titanio e' un metallo altamente reattivo: a contatto con un ambiente ossigenato si ossida immediatamente creando uno strato protettivo che gli conferisce una eccellente resistenza alla corrosione. Se e' esposto in un ambiente ossidante, in assenza di umidita' (vedi turbina), lo strato formato non e' protettivo e si puo' instaurare rapida ossidazione interna. Generalmente il titanio e le sue leghe hanno un’estrema resistenza alla corrosione atmosferica e marina e sono resistenti ad acidi ossidanti nonche' a soluzioni saline e a vari tipi di atmosfere gassose.

In generale le leghe di titanio commerciali sono meno resistenti a corrosione che il titanio puro.

Le leghe di titanio, in virtu' delle loro notevoli proprieta' di resistenza meccanica, tenacita' alla frattura, resistenza alla corrosione, ecc. sono molto usati nelle applicazioni aerospaziali.

Tuttavia gli alti costi di produzione fanno si' che il loro uso sia indirizzato, attualmente, solo verso particolari casi.

Nel settore degli aeromobili il titanio viene usato soprattutto nelle parti che lavorano per breve tempo a temperature superiori ai 500°C e dove i carichi sono elevati. Strutture primarie di leghe di titanio sono invece necessarie per aeromobili avanzati dove la temperatura totale e' troppo alta per consentire l’impiego delle leghe di alluminio. Una delle applicazioni piu' famose e' rappresentata dal velivolo SR71 con fusoliera totalmente in titanio.

La scelta di una specifica lega di titanio e' basata principalmente su due fattori: le proprieta' meccaniche richieste ed il processo di lavorazione dei componenti dove a volte bisogna raggiungere precisioni notevoli. In generale componenti ad alta resistenza sono ottenuti da leghe alfa-beta.

La lega piu' comunemente usata e' la Ti-6Al-4V che e' una lega alfa-beta di medie caratteristiche con buona resistenza al creep a temperature intorno ai 330°C.

Notevoli applicazioni si hanno anche nei componenti di turbogetti, in particolare palette dello statore e del rotore.

Il Titanio e' disponibile sul mercato come Titanio puro o come lega. Il Titanio commercialmente puro ha una struttura cristallina di tipo alfa (esagonale): viene classificato da Gr1 a Gr4 e presenta resistenza meccanica crescente.
Le leghe di titanio hanno una struttura cristallina di tipo alfa + beta (cubica), con aggiunta di stabilizzanti quali Alluminio e Vanadio. Queste leghe sono le piu' utilizzate perche' presentano il miglior rapporto peso-resistenza meccanica.
La lega di Titanio attualmente piu' usata e la 6Al 4V (Gr5), largamente impiegata nella costruzione di viti e componenti meccanici.

Si veda qui di seguito le tabelle relative alle composizioni chimiche dei vari tipi di titanio considerato puro, e di alcune sue leghe tra le piu' comunemente usate e alle rispettive caratteristiche fisico-meccaniche.

Leghe commerciali di Titanio disponibili:

Caratteristiche fisiche e meccaniche del Titanio e delle sue leghe:

Tipologia di semilavorati e applicazioni: