La cosa non sorprende, date le straordinarie caratteristiche del materiale, da tempo molto apprezzate nel settore aeronautico, che anche in questo caso ha mostrato la strada.
Il titanio è un elemento disponibile in grandi quantità (è il quarto metallo, in ordine di abbondanza, della crosta terrestre), ma la sua estrazione dai minerali nei quali è contenuto risulta complessa e comporta un grande dispendio energetico. Per tale ragione il suo costo risulta molto elevato e questo è il fattore che ne limita l’impiego.

Il titanio è un metallo la cui densità è del 42% inferiore a quella dell’acciaio. Le sue leghe possono avere caratteristiche meccaniche molto elevate, oltre a una eccellente resistenza a fatica e a una straordinaria resistenza alla corrosione. Il modulo elastico (per intenderci, la rigidezza) è notevolmente inferiore a quello dell’acciaio e ciò obbliga ad impiegare sezioni più generose. All’atto pratico un componente, come ad esempio una biella, realizzato con una lega di titanio può avere un peso all’incirca del 35% inferiore, rispetto a quello che avrebbe se fosse realizzato in acciaio.

Come il ferro, anche il titanio è allotropico; la sua struttura cristallina può essere infatti esagonale compatta (alfa) o cubica a corpo centrato (beta); quest’ultima è stabile al di sopra di 882 °C, ma può esistere anche a temperatura ambiente nelle leghe in cui sono presenti particolari elementi (detti appunto beta-stabilizzanti). A ognuna delle due strutture corrispondono proprietà differenti.

Come accade per gli altri metalli, anche in questo caso quelle che si impiegano sono delle leghe, alcune delle quali hanno caratteristiche meccaniche formidabili. Fondamentali a questo proposito sono il tipo e la quantità di elementi che vengono aggiunti al titanio; anche il trattamento al quale i componenti vengono sottoposti ha comunque una notevole importanza. Data la notevole tendenza all’ingranamento di questo materiale, sulle parti soggette a strisciamento viene di norma applicato un adatto riporto superficiale.

A seconda della struttura cristallina, le leghe possono essere alfa, beta o alfa-beta, che sono quelle più impiegate. Spicca tra queste ultime la Ti 6Al 4V (“grado 5”), che da sola costituisce circa il 70% di tutte le leghe di titanio oggi prodotte. Dopo trattamento la resistenza a trazione di questo materiale può arrivare a 1100 N/mm2 e talvolta anche superare leggermente questo valore, che è analogo a quello della maggior parte degli acciai oggi impiegati per realizzare bielle destinate ai motori di alte prestazioni. La tenacità e la duttilità sono elevate.

Le leghe di titanio si prestano assai bene alla realizzazione di parti ottenute per fusione (si impiega in genere il sistema a cera persa, ovvero l’”investment casting”), per stampaggio a caldo e per lavorazione dal pieno.

Per quanto riguarda gli impieghi, decisamente importante è l’uso di questo materiale negli aerei militari (oltre il 35% del peso totale, nell’ F 22); in quelli civili è sensibilmente minore, pur rimanendo considerevole (circa il 7% nell’A 320). In passato i sottomarini russi delle classi Alfa e Sierra sono stati dotati di scafo in lega di titanio, il che ha comportato costi assolutamente proibitivi.

Le valvole in titanio sono dotate invariabilmente di sottilissimi riporti superficiali, che possono essere di vario tipo, in funzione del materiale impiegato per le guide e per le sedi.
In campo moto ci sono diversi esempi di motori di serie (Aprilia RSV4, KTM RC 8 R, MV Agusta F 4) che adottano valvole in titanio solo alla aspirazione, mentre quelle montate allo scarico, dove le sollecitazioni termiche sono di gran lunga superiori, sono generalmente in superlega a base nichel (nimonic o inconel). Occorre tenere presente, a questo proposito, che le valvole di scarico sono sempre sensibilmente più piccole (e quindi meno pesanti) di quelle di aspirazione.

Largamente utilizzata è anche la bulloneria in titanio, sui modelli destinati ad impiego agonistico. Pure per quanto riguarda gli scarichi per moto di altissime prestazioni, l’uso di questo materiale, che consente risparmi in peso molto significativi, è assai diffuso. Le bielle in titanio, per il momento, sono riservate ai motori da competizione. Come le valvole, i preparatori e gli appassionati possono comunque acquistarle da produttori specializzati.

 

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