O processamento semissólido de ligas de Ti é considerado uma área pouco explorada pela ciência. Existem poucos trabalhos publicados que abordam a tixoconformação desse metal. Tal fato decorre das dificuldades relacionadas ao processamento do Ti, como as altas temperaturas de trabalho e sua elevada reatividade química. Zhao et al. (2004) publicaram o primeiro trabalho acerca do processamento semissólido de ligas de Ti. Nesse trabalho, eles investigaram o processo de oxidação e o comportamento quanto à deformação da pasta metálica da liga Ti14 (Ti-13Cu-0,5Al-0,5Si). O experimento realizado resumia-se ao aquecimento da amostra até o estado semissólido, acima de 990 °C, seguido de ensaio de compressão. A partir da análise comparativa entre as massas finais e iniciais das amostras, a intensidade e a
velocidade de oxidação foram estimadas. Foi verificado que na camada superficial da amostra foi desenvolvido apenas óxido de Ti e que os contornos de grãos fundidos foram os caminhos utilizados pela difusão do oxigênio na matriz do metal semissólido. Durante a deformação da pasta metálica foi observado rápido crescimento da fase líquida (Ti2Cu) presente nos contornos de grãos, que conduziu ao engrossamento da microestrutura da liga. Ademais, os experimentos evidenciaram que as tensões necessárias para deformar o metal no estado semissólido são consideravelmente menores que as necessárias para deformar o metal no estado sólido.
Com o objetivo de avaliar o comportamento mecânico da liga Ti14 tixoconformada, Zhao, Wu e Chang (2006) processaram essa liga por meio da aplicação de duas rotas: tixoforjamento e forjamento convencional. Em seguida, as amostras tixoforjadas foram tratadas termicamente via recristalização e envelhecimento e então, suas propriedades mecânicas foram avaliadas. Verificou-se que a microestrutura apresentada pela liga Ti14 após o tixoforjamento era grosseira e seus contornos de grãos eram espessos. Entretanto, o tratamento de recristalização promoveu o refinamento da microestrutura, resultando no aprimoramento das propriedades da liga. Constatou-se que após o tratamento térmico, a liga Ti14 tixoforjada apresenta propriedades mecânicas equivalentes às apresentadas pela liga submetida ao forjamento convencional (vide figura 2.17).
Os resultados obtidos nos primeiros trabalhos a respeito do processamento semissólido da Ti14 motivaram o desenvolvimento de uma série de outros estudos a cerca dessa liga (CHEN, WEI e ZHAO, 2009; CHEN et al., 2009; CHEN et al., 2011; CHEN et al., 2012). Tais pesquisas tiveram como objetivo a busca de melhor compreensão a respeito do comportamento à deformação, da evolução morfológica e do comportamento mecânico da liga Ti14 processada via tixoconformação. Diante dos resultados obtidos, os autores reafirmaram o potencial e a viabilidade do processamento semissólido da liga Ti14. Entretanto, essas pesquisas foram baseadas em investigações realizadas em pastas metálicas de baixas frações líquidas, as quais poderiam favorecer o surgimento de poros e fissuras nas peças produzidas (CHEN, WEI e ZHAO, 2009; KAREH et al., 2014; KAREH et al., 2017).
Batista e colaboradores (2010) investigaram a viabilidade do processamento de ligas do sistema Ti-Cu via tixoconformação. Para tanto, amostras da liga Ti-15Cu que possuíam diferentes condições microestruturais iniciais foram conduzidas ao estado semissólido e em seguida resfriadas rapidamente. Verificou-se que as amostras que foram submetidas a
deformação prévia (~18%) desenvolveram microestrutura fina e globular após 5 minutos de tratamento isotérmico. A microestrutura observada na liga após o resfriamento rápido era composta por glóbulos refinados da fase α’ que continham distribuição homogênea de precipitados de Ti2Cu. Tal microestrutura é sensível a tratamentos térmicos que poderiam flexibilizar as propriedades mecânicas da liga tixoconformada. Em vista desses resultados, os autores defenderam a viabilidade do processamento semissólido de ligas pertencentes ao sistema Ti-Cu.
Figura 2.17 Relação entre as propriedades mecânicas e a temperatura para a liga Ti14 tixoforjada e tratadas termicamente e para a submetida ao forjamento convencional. RA (redução de área); A (alongamento); YS (tensão limite de escoamento); UTS (Resistência
à tração) (ZHAO, WU E CHANG, 2006).
Com a finalidade de avaliar a tixoformabilidade de ligas de alta temperatura de fusão, Seyboldt, Liewald e Riedmüller (2015) realizaram estudo baseado na liga Ti-6Al-4V. Nesse trabalho, amostras da liga Ti-6Al-4V foram levadas ao estado semissólido e então injetadas em molde. O trabalho investigou a influência de diferentes velocidades de injeção sobre a capacidade de preenchimento do molde e sobre a microestrutura que seria formada após a conformação. Os experimentos demonstraram que as maiores velocidades de preenchimento conduziram ao melhor preenchimento do molde, pois elas evitaram a solidificação prematura
da liga (vide figura 2.18). Quanto às microestruturas, os autores verificaram que as diferentes velocidades de injeção não promoveram significativas alterações nas mesmas.
Ainda que os resultados apresentados por Seyboldt e colaboradores (2015) sejam interessantes, principalmente no que diz respeito a baixas cargas de trabalho necessárias para a conformação da liga, as altas temperaturas utilizadas na produção das engrenagens (1610-1640 °C) anulam uma das principais vantagens do processamento semissólido, a eficiência térmica. Verifica-se que as temperaturas utilizadas nesse experimento se aproximam àquelas empregadas na fundição dessa liga (LI et al., 2010). Além disso, essa alta temperatura de processamento exige que os moldes sejam projetados com materiais especiais para que possam suportar as elevadas cargas térmicas as quais eles estarão sujeitos. Tais fatores poderiam promover a elevação dos custos relativos à tixoconformação dessa liga e a consequente inviabilização de seu processamento semissólido.
Figura 2.18 Engrenagens cônicas da liga Ti-6Al-4V tixoinjetadas com diferentes velocidades de injeção: velocidade a < velocidade b < velocidade c (SEYBOLDT, LIEWALD e
RIEDMÜLLER, 2015).
Campo et al. (2015) realizaram estudo que objetivou a seleção de ligas do sistema Ti-Cu que fossem aplicáveis ao processo de tixoconformação. Mediante os critérios utilizados pelos autores, foram selecionadas as ligas Ti-25Cu, Ti-27Cu e Ti-28Cu. Tais ligas foram conduzidas ao estado semissólido e em seguida, resfriadas rapidamente para que, então, as suas microestruturas fossem analisadas. Foi verificado que as ligas selecionadas apresentaram interevalo de solidificação e sensibilidade da fração líquida em função da temperatura apropriadas para o processo de tixoconformação. Observou-se que a microestrutura desenvolvida pelas ligas após o reaquecimento e resfriamento rápido era fina e globular (figura
2.18). Campo et al. (2015) afirmaram que diante dos resultados obtidos, as ligas do sistema Ti- Cu se apresentam de forma promissora como ligas tixoconformáveis.
Figura 2.18 Microestruturas desenvolvidas pelas ligas Ti-25Cu (a), Ti-27Cu (b) e Ti-28Cu (c) após o reaquecimento e resfriamento rápido (CAMPO et al. 2015).
Baseado nos estudos publicados a respeito da avaliação da tixoformabilidade de ligas do sistema Ti-Cu e nos resultados obtidos, constata-se que as ligas desse sistema possuem um considerável potencial para serem processadas no estado semissólido (ZHAO et al., 2004; ZHAO, WU E CHANG, 2006; CHEN, WEI e ZHAO, 2009; CHEN et al., 2009; CHEN et al., 2011; CHEN et al., 2012; BATISTA et al., 2010 e CAMPO et al., 2015).