La terribile guerra in Ucraina e le successive sanzioni imposte a molte organizzazioni russe hanno sollevato interrogativi sulle potenziali vulnerabilità delle catene di approvvigionamento. Sebbene la Russia sia principalmente un esportatore di risorse come petrolio, gas e metalli, un mercato in cui è un attore dominante è quello dei forgiati di titanio. Molte persone si stanno rendendo conto delle potenziali conseguenze di un'interruzione a lungo termine nel flusso di questi materiali critici.
Il titanio e le leghe di titanio hanno proprietà uniche: sono leggeri e hanno un rapporto peso/resistenza molto elevato. La loro densità è in genere intorno al 60% di quella dell'acciaio. Resistono alle alte temperature e hanno un'elevata resistenza alla corrosione. Queste proprietà hanno fatto sì che il titanio fosse ampiamente utilizzato nell'industria aerospaziale, nelle navi e nelle tubazioni per la lavorazione chimica, nei componenti delle centrali elettriche, negli impianti di desalinizzazione e nelle applicazioni mediche come impianti e dispositivi chirurgici. Le leghe di titanio sono utilizzate anche in attrezzature sportive come teste di mazze da golf, biciclette e attrezzature per sport invernali come i corridori di bob. Separatamente, il biossido di titanio è il pigmento principale nella vernice bianca ed è utilizzato anche in carta, plastica e cosmetici.
I pezzi fucinati in lega di titanio sono particolarmente importanti nelle aerostrutture e nei motori. Due caratteristiche speciali del metallo lo rendono particolarmente attraente per velivoli compositi avanzati come il Boeing 787 e l'Airbus A350XWB.
Il primo è che è meno probabile che causi corrosione galvanica se unito a parti in plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP) come pannelli della carrozzeria e delle ali o superfici di controllo. La corrosione galvanica si verifica quando due metalli dissimili sono collegati tra loro e gli elettroni possono fluire e causare la corrosione dei metalli. Le fibre di carbonio nei CRFP sono elettricamente conduttive, quindi attaccarle alle leghe di alluminio rende sia il metallo che il composito vulnerabili al deterioramento. Le leghe di titanio sono resistenti a questo.
La seconda proprietà interessante è che i coefficienti di espansione termica del titanio sono molto simili ai CFRP. Questo è importante perché gli aeroplani subiscono grandi sbalzi di temperatura durante i normali cicli di volo. Le leghe di titanio rappresentano circa il 15% in peso della cellula del Boeing 787. Nell'Airbus A350XWB è di circa il 14% e viene utilizzato in carrelli di atterraggio, tralicci, accessori, bordi delle porte, telai e altre parti
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Due minerali, il menite e rutilo, sono le principali fonti di titanio, con il primo che costituisce il 90% della produzione. Il primo passo è convertire il minerale in spugna di titanio. Gli Stati Uniti, la Russia, il Kazakistan, l'Ucraina, il Giappone e la Cina producono tutti spugna di titanio.
VSMPO-AVISMA Corporation è il più grande produttore di titanio al mondo. Si trova a Verkhnyaya Salda, in Russia, a circa 1.800 km a est di Mosca e a circa 550 km dal confine con il Kazakistan. Produce spugna di titanio e la converte in lingotti. Questi lingotti vengono a loro volta convertiti in billette o lastre. Le billette sono realizzate in un'ampia varietà di forme tra cui tubi, dischi e anelli, nonché forgiati.
Forgiatura del Titanio
La forgiatura è un processo di fabbricazione che rafforza i metalli. Utilizza le forze di compressione per allineare la struttura della grana metallica con la forma della parte. Di solito questo viene fatto a temperature elevate precise, a seconda del tipo di metallo da lavorare. I fabbri tradizionalmente forgiano pezzi battendo il metallo riscaldato su un'incudine con un martello. I pezzi industriali di grandi dimensioni vengono forgiati con enormi presse che esercitano molte tonnellate di pressione o schiacciano i pezzi in stampi a compressione. Molto tempo fa abbiamo indicato la perdita di capacità di forgiatura negli Stati Uniti per grandi parti metalliche come una carenza critica.
Le leghe di titanio sono difficili da forgiare; è difficile far scorrere il metallo negli stampi per ottenere le forme desiderate. Poiché anche le leghe di titanio sono difficili da lavorare, i produttori vogliono forgiarle in forme "quasi a rete", cioè il più vicino possibile alla forma finita per ridurre al minimo i tempi e i costi di lavorazione. I pezzi fucinati aerospaziali, in particolare per le parti del motore, devono essere estremamente affidabili, quindi la temperatura e la deformazione devono essere attentamente controllate durante il processo.
Boeing ha una partnership con VSMPO, il Boeing-VSMPO Innovation Center, che è stato istituito nel 2000. Boeing ha anche stabilito un comune jointventure, Ural Boeing Manufacturing, nel 2009, sul sito della fabbrica VSMPO. La JV ha aperto un secondo sito nel 2018, specializzato nella sgrossatura di pezzi fucinati in titanio per tutti i programmi commerciali di Boeing, inclusi 737 MAX, 787 e 777X.
VSMPO-AVISMA fornisce forgiati in titanio per l'Airbus A350XWB tramite la società spagnola Aernnova Aerospace. Aernnova costruisce l'aereo di coda orizzontale a Getafe e Illescas in Spagna e lo spedisce a Tolosa, in Francia, dove si trova la catena di montaggio finale. Aernnova fornisce quasi tutti gli altri programmi Airbus, oltre a componenti importanti per i programmi Boeing 747-8, 787-9/10 e Dreamlifter per grandi cargo cargo.
Nel 2019, gli Stati Uniti hanno importato il 95% del titanio consumato. Iluka Resources ha chiuso la sua miniera di Old Hickory in Virginia nel 2016. Allegheny Technologies ha inattivo il suo stabilimento di spugne di titanio di Rowley, nello Utah, nel 2016 perché poteva acquistare materiale importato a meno del suo costo di produzione interno. E Timet, che gestiva l'ultimo stabilimento domestico di spugne di titanio a Henderson, in Nevada, ha subito un licenziamento di massa nel 2020. Tutte queste operazioni hanno dovuto affrontare pressioni sui costi dovute alla concorrenza straniera, oltre a subire la recessione della produzione aerospaziale causata dalla pandemia. La terribile situazione in Ucraina e Russia eserciterà molta pressione sulle catene di approvvigionamento del titanio e Boeing lo ha avvertito a gennaio. Con tutte le tristi notizie provenienti da quella parte del mondo, questa vulnerabilità non ha ancora ricevuto un'attenzione diffusa al di fuori del settore.
