English
Deutsch
Français
日本語
El titanio es uno de los metales más resistentes. Debido a su resistencia a la corrosión, se utiliza ampliamente. Muchos fabricantes utilizan titanio puro con otros elementos de aleación. Sin embargo, este metal es el menos comprendido. La gente no conoce la clasificación, las características y las aplicaciones de las aleaciones de titanio.
A pesar de ser un material excelente, el titanio sigue siendo un enigma. La razón principal es su rareza y su alto precio. Los fabricantes no lo utilizan en los procesos de fabricación rutinarios. Sin embargo, este material tiene excelentes características y usos.
Una de las características destacadas del titanio es su resistencia y su bajo peso. Por lo tanto, su uso es estándar en la industria aeroespacial. Los fabricantes también utilizan sus aleaciones para lograr las propiedades deseadas. Exploremos en detalle la amplitud de este notable metal.
Descripción general del titanio y sus aleaciones
El titanio es un metal muy ligero y único. Es el noveno material más grande presente en la corteza terrestre. Sin embargo, la popularidad del metal se debe a su robustez y resistencia a la oxidación. Las piezas fabricadas con este material pueden soportar condiciones saladas y húmedas.
Es fundamental tener en cuenta que el titanio no es un metal nuevo. Surgió por primera vez en 1791. El mineralogista británico William Gregor fue la primera persona que trabajó en él. El descubrimiento del titanio está asociado con el trabajo de William Gregor. Se encontró titanio, pero su cantidad era escasa.
A diferencia del magnesio o el aluminio, el titanio no es abundante. Las aleaciones de titanio no se conocieron de inmediato. Una aleación de titanio llamada Ti-6Al-4V se produjo en la década de 1940. Esto indica cuánto tiempo se tardó en encontrar aleaciones después de descubrir el titanio puro. No obstante, fue un descubrimiento significativo que entusiasmó a muchos fabricantes.
Como dije, el titanio tiene muchas características valiosas que lo hacen destacar. Esas características incluyen resistencia, bajo peso y protección contra la oxidación. Por lo tanto, los fabricantes utilizan agresivamente el titanio en la industria aeroespacial y automotriz. De hecho, debido a su capacidad de protección contra la oxidación, su uso también es común en la industria marina. Las aleaciones de titanio se han convertido en un producto muy demandado en diferentes sectores.
Características de las aleaciones de titanio
El rendimiento del titanio está determinado por su contenido de impurezas. El titanio puro es diferente del titanio impuro. Las impurezas pueden ser carbono, nitrógeno, hidrógeno u oxígeno. De manera similar, las características de las aleaciones de titanio también varían.
El yoduro de titanio más puro no contiene más del 0,1 % de DAO. Sin embargo, su resistencia y plasticidad son bajas. El titanio industrial puro al 99,5 % tiene las siguientes características:
- Densidad ρ=4,5 g/centímetro cúbico
Punto de fusión 1725℃
Conductividad térmica λ=15,24 W/(mK)
Resistencia a la tracción σb=539 MPa
Elongación δ=25 %, dureza HB195
Contracción de la sección ψ=25 %
Módulo elástico E=1,078×105 MPa
Estas características solo son válidas para el titanio puro. Cada propiedad variará si se crea una aleación añadiendo otro elemento. Los fabricantes utilizan esas aleaciones para obtener las propiedades deseadas para su trabajo. Profundicemos y analicemos las características más destacadas del titanio.
1- Alta resistencia
La densidad de la aleación de titanio es de aproximadamente 4,51 g/cm³, que es solo el 60 % del acero. La densidad del titanio puro es cercana a la del acero común. Algunas aleaciones de titanio de alta resistencia superan la resistencia de las aleaciones de acero estructural.
Estas aleaciones tienen una relación resistencia-densidad más alta que otros materiales estructurales. Por lo tanto, pueden producir piezas con alta resistencia unitaria, buena rigidez y peso ligero. Los componentes del motor, el esqueleto y el tren de aterrizaje de la aeronave utilizan aleaciones de titanio.
2- Alta intensidad térmica
La temperatura de servicio es varios cientos de grados más alta que la de la aleación de aluminio. Aún puede mantener la resistencia requerida a temperaturas medias. Puede funcionar durante mucho tiempo a una temperatura de 450 a 500 ℃.
La resistencia específica de la aleación de aluminio disminuye significativamente a 150 grados Celsius. La temperatura de trabajo durante el mecanizado de la aleación de titanio puede alcanzar los 500 ℃, que es muy alta. Es superior a la aleación de aluminio, cuya temperatura se mantiene por debajo de los 200 ℃.
3- Buena resistencia a la corrosión
La aleación de titanio funciona en una atmósfera húmeda y en un medio de agua de mar. Su resistencia a la corrosión es mucho mejor que la del acero inoxidable. Es especialmente resistente a las picaduras, a los ácidos y a la corrosión bajo tensión. Pero esto no es todo, ya que el titanio ofrece resistencia a otros elementos, como los álcalis, los cloruros, el cloro, las sustancias orgánicas, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico. Su resistencia a la corrosión es incomparable, lo que ayuda al titanio a ganar protagonismo.
4- Buen rendimiento a bajas temperaturas
Las aleaciones de titanio pueden mantener sus propiedades mecánicas a temperaturas bajas y ultrabajas. Las aleaciones como TA7 tienen elementos intersticiales deficientes. Pueden mantener cierta plasticidad incluso a -253 grados Celsius. Debido a esto, la aleación de titanio es un material esencial para estructuras de baja temperatura.
5- Alta actividad química
El titanio tiene una alta actividad química en todas las condiciones. Produce reacciones químicas sólidas con O, N, H, CO, CO2, vapor de agua y amoníaco. Cuando el contenido de carbono es superior al 0,2 %, forma TiC duro en la aleación de titanio. Al reaccionar con N, forma una capa superficial dura de TiN a altas temperaturas.
Cuando la temperatura es superior a 600 ℃, el titanio absorbe oxígeno para formar una capa endurecida. El aumento del contenido de hidrógeno también creará una capa de fragilización. El proceso de absorción de gas puede endurecer una capa superficial a 0,1-0,15 mm de profundidad. Su dureza aumenta entre un 20 y un 30 %. El titanio tiene una alta afinidad química y se adhiere a la superficie de fricción.
6- Baja conductividad térmica
La conductividad térmica del titanio λ=15,24 W/(m·K) es aproximadamente 1/4 de la del níquel, 1/5 de la del hierro y 1/14 de la del aluminio. Las aleaciones de titanio tienen una conductividad aproximadamente un 50% menor que la del titanio. El módulo elástico de la aleación de titanio es aproximadamente la mitad del del acero, por lo que tiene poca rigidez y es fácil de deformar.
No es adecuado para fabricar varillas delgadas y piezas de paredes delgadas. La recuperación elástica de la superficie procesada durante el corte es muy grande. La pregunta es: ¿cuánto? Es aproximadamente 2 a 3 veces mayor que la del acero inoxidable. Esto provoca una fricción severa, adhesión y desgaste adhesivo en el flanco de la herramienta.
Clasificación de las aleaciones de titanio
Generalmente existen diferentes grados de aleaciones de titanio. Sin embargo, todas las aleaciones se dividen en tres categorías: aleaciones alfa, beta y alfa-beta. Si el elemento de aleación es oxígeno o aluminio, entonces la aleación de titanio será una aleación alfa.
Si el elemento de aleación es vanadio y molibdeno, la aleación de titanio será una aleación beta. Las aleaciones alfa-beta están en el medio entre las aleaciones alfa y beta. Cada una de estas categorías tiene diferentes propiedades. Aquí está la tabla que muestra sus diferencias más destacadas:
| Aleaciones alfa (α) | Aleaciones beta (β) | Aleaciones alfa-beta |
| Titanio con elementos como aluminio y oxígeno. | Elementos de aleación como vanadio, molibdeno, cromo. | Es intermedio entre alfa y beta. |
| No tratable térmicamente, excelente resistencia a la corrosión. | Tratable térmicamente, excelente formabilidad. | Tratable térmicamente y propiedades equilibradas. |
| Excelente soldabilidad y resistencia a altas temperaturas. | Buena soldabilidad, la resistencia a la temperatura es menor que la del titanio alfa. | Resistencia a temperaturas moderadas a altas. |
Estas aleaciones se dividen y subdividen a su vez. Verá muchos grados diferentes de cada aleación de titanio. Todos estos grados son comunes en muchas industrias. Sin embargo, he notado que los sectores aeroespacial y automotriz dependen en gran medida de ellos. La razón es su naturaleza liviana y robusta.
Tabla comparativa de los grados de titanio y aleaciones de titanio más utilizados en varios países
| Numbering | China
GB/T |
International standard ISO | USA
ASTM |
Russia TOCT | France
NF |
Germany
DIN |
Japan
JIS |
| 1 | TA1 | Grade1 | GradeF1 | BT1-00 | T40 | Ti1 | Level 1 |
| 2 | TA2 | Grade2 | GradeF2 | BT1-0 | T40 | Ti3 | Level 2 |
| 3 | TA3 | Grade4A/4B | GradeF3 | BT1-0 | T40 | Ti4 | Level 2 |
| 4 | TA4 | Grade3 | GradeF4 | BT1-0 | T40 | Ti4 | Level 3 |
| 5 | TC4 | TiAl6v4 | GradeF5 | BT6 | TA6V | TiAl6V4 | YATB640 |
| 6 | TC11 | – | – | BT9 | – | – | – |
| Nombre del material | Norma china | Estándar de EE. UU. |
| Lámina de titanio y aleación de titanio. | GB/T3621 | ASTM B265 |
| Barras de titanio y aleación de titanio. | GB/T2965 | ASTM B348 |
| Tubo de titanio y aleación de titanio. | GB/T3624 | ASTM B337 |
| Tubos de titanio y aleaciones de titanio para intercambiadores de calor y condensadores | GB/T3625 | ASTM B338 |
| Tiras y láminas de titanio y aleaciones de titanio | GB/T3622 | ASTM B265 |
| Tortas y anillos de titanio y aleaciones de titanio | GB/T16598 | ASTM B381 |
| Alambre de titanio y aleación de titanio. | GB/T3623 | ASTM B863 |
|
Materiales procesados de titanio y aleaciones de titanio para implantes quirúrgicos |
GB/13810 |
ASTM F67 |
| ASTM F136 |
Grados de aleación de titanio de uso común y composición química (GB/T 3620.1-2007)
| Grado de aleación | Grupo de composición química | Main ingredients/% | ||||||||||||
| Ti | Al | Sn | Mo | V | Cr | Fe | Mn | Zr | Pd | |||||
| Chinese standard | USA standard | Russia standard | Japan Standard | |||||||||||
| TA1ELI | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||||
| TA1 | GR1 | BT1-0 | TP270 | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | |
| TA1-1 | GR1 | BT1-00 | Titanio puro industrial | ≤0.20 | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| TA2ELI | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||||
| TA2 | GR2 | TP340 | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| TA3ELI | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||||
| TA3 | GR3 | TP450 | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| TA4ELI | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||||
| TA4 | GR4 | TP550 | Titanio puro industrial | – | – | – | – | – | – | – | – | – | ||
| TC4ELI | Ti-6Al-4VELI | 5.5～6.5 | – | – | 3.5～4.4 | – | – | – | – | – | ||||
| TC4 | GR5 | BT6 | TAP6400 | Ti-6Al-4V | 5.5～6.75 | – | – | 3.5～4.5 | – | – | – | – | – | |
| TA9 | GR7 | TP340Pb | Ti-0.2Pd | – | – | – | – | – | – | – | – | 0.12～0.25 | ||
| TA9-1 | GR11 | Ti-0.3Pd | – | – | – | – | – | – | – | – | 0.12～0.26 | |||
| TA18 | GR9 | OT4-B | TAP3250 | Ti-3Al-2.5V | 2.0～3.5 | – | – | 1.5～3.0 | – | – | – | – | – | |
| TA10 | GR12 | Ti-0.3Mo-0.8Ni | – | – | 0.2～0.4 | – | – | – | – | – | – | |||
| Main ingredients/% | Impurities, not more than/% | ||||||||||
| Ni | Cu | Nb | Si | B | Fe | C | N | H | O | Other elements | |
| single | total | ||||||||||
| – | – | – | – | – | 0.1 | 0.03 | 0.012 | 0.008 | 0.1 | 0.05 | 0.2 |
| – | – | – | – | – | 0.2 | 0.08 | 0.03 | 0.015 | 0.18 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | ≤0.08 | – | 0.15 | 0.05 | 0.03 | 0.003 | 0.12 | – | 0.1 |
| – | – | – | – | – | 0.2 | 0.05 | 0.03 | 0.008 | 0.1 | 0.05 | 0.2 |
| – | – | – | – | – | 0.3 | 0.08 | 0.03 | 0.015 | 0.25 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | – | – | 0.25 | 0.05 | 0.04 | 0.008 | 0.18 | 0.05 | 0.2 |
| – | – | – | – | – | 0.3 | 0.08 | 0.05 | 0.015 | 0.35 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | – | – | 0.3 | 0.05 | 0.05 | 0.008 | 0.25 | 0.05 | 0.2 |
| – | – | – | – | – | 0.5 | 0.08 | 0.05 | 0.015 | 0.4 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | – | – | 0.25 | 0.08 | 0.03 | 0.012 | 0.13 | 0.1 | 0.3 |
| – | – | – | – | – | 0.3 | 0.08 | 0.05 | 0.015 | 0.2 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | – | – | 0.3 | 0.08 | 0.03 | 0.015 | 0.25 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | – | – | 0.2 | 0.08 | 0.03 | 0.015 | 0.18 | 0.1 | 0.4 |
| – | – | – | – | – | 0.25 | 0.08 | 0.05 | 0.015 | 0.12 | 0.1 | 0.3 |
| 0.6～0.9 | – | – | – | – | 0.3 | 0.08 | 0.03 | 0.015 | 0.25 | 0.1 | 0.4 |
Aplicaciones de las aleaciones de titanio
Existen muchas aplicaciones del titanio. Este metal es sustancial y resistente a la corrosión. Ofrece muchas ventajas valiosas que los fabricantes no pueden evitar utilizar. Por ejemplo, su peso ligero lo hace adecuado para las industrias aeroespaciales. Por otro lado, su resistencia a la oxidación lo hace destacar en la industria marina. Profundicemos y analicemos los diferentes usos de las aleaciones de titanio.
1- Industria aeroespacial
En la industria aeroespacial, los ingenieros buscan mejorar la aerodinámica. Por eso utilizan un material ligero. Pero estos materiales no son muy duraderos. En tales casos, el titanio resulta útil. Es ligero, fuerte y duradero, lo que hace que la aeronave sea aerodinámicamente perfecta.
Los fabricantes lo utilizan para fabricar muchos componentes de aeronaves. Los ejemplos incluyen fuselajes, trenes de aterrizaje y estructuras de alas. Muchos componentes de motores también utilizan diferentes aleaciones de titanio. Las palas, los discos, las piezas fundidas, etc., dependen en gran medida de este material. Estas piezas también pueden soportar altas temperaturas, lo que las hace destacar.
2- Industria médica
Al analizar las características, mencioné que el titanio no es dañino para los humanos. Incluso si permanece dentro del cuerpo humano, no causa toxicidad. Por eso, los fabricantes hacen implantes dentales utilizando aleación de titanio. La capacidad de este material para integrarse con el tejido vivo lo hace destacar. Muchos otros instrumentos médicos utilizan aleaciones de titanio.
3- Industria automotriz
El titanio es muy robusto y resistente a altas temperaturas. Además, es de bajo peso y densidad. Esto lo convierte en una opción ideal para ser utilizado en la industria automotriz. Los escapes de los vehículos están hechos con aleaciones de titanio.
El sistema de escape permanece a temperaturas extremadamente altas. El titanio soporta altas temperaturas y no se deteriora. Esto lo hace ideal para su uso en componentes de motor. Además, su peso ligero mejora el consumo de combustible del vehículo.
4- Industria marina
Como dije antes, el titanio tiene una excelente capacidad de protección contra la oxidación. No se oxidará rápidamente, incluso si se usa en condiciones adversas. Esta característica hace que el titanio sea una excelente opción para la industria marina. Los cascos de los barcos, las hélices, etc., permanecen en agua salada del mar. Por lo tanto, el uso de titanio para fabricar estos componentes evitará que se oxiden durante mucho tiempo.
5- Industria de defensa militar
El titanio es caro, por lo que no se utiliza en armaduras ni armas. Sin embargo, los fabricantes también utilizan este material para fabricar vehículos militares. Estos vehículos deben ser resistentes a los dispositivos explosivos para una mayor seguridad. Además, los vehículos militares operan en carreteras en mal estado, por lo que las aleaciones de titanio los hacen duraderos y resistentes. Además, los ingenieros prefieren utilizar titanio en aviones de combate militares.
Conclusión
El metal de titanio y sus aleaciones no se utilizan comúnmente. Sus precios más altos los hacen adecuados solo para productos de alta gama. Sin embargo, sus características de primer nivel los hacen únicos entre los demás metales. Al igual que el magnesio, el titanio es ligero pero muy fuerte y duradero. Esta guía explica todas las características del titanio. Después de leer sus aplicaciones, sabrá por qué muchas industrias adoran las aleaciones de titanio.