Titanio y Aleaciones
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1 1 TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES 2 PROPIEDADES DEL TITANIO Baja densidad (4,5 g/cm 3 ) Es más pesado que el aluminio (2,69 g/cm 3 ) y magnesio (1,74 g/cm 3 ) Más ligero que el acero (7,87 g/cm 3 ), cobre y níquel. El titanio puro presenta buenas propiedades mecánicas, que pueden ser aumentadas en gran medida mediante aleación con otros metales especialmente Al y V tratamiento térmico presentando alta resistencia mecánica con poca perdida de ductilidad. 3 PROPIEDADES DEL TITANIO Alta temperatura de fusión (1 668°C). El titanio y algunas de sus aleaciones tienen buena resistencia, ductilidad y tenacidad a bajas temperaturas (- 240°C). Baja conductividad térmica y bajo coeficiente de dilatación. Estas propiedades permitirán realizar soldaduras sin que se presenten: Grandes deformaciones Ni tensiones residuales La explotación comercial de las aleaciones de titanio data de los años 1950. 4 a) Resistencia a la tracción b) Resistencia por unidad de peso COMPARACIÓN DE RESISTENCIAS DE VARIOS MATERIALES 5 PROPIEDADES DEL TITANIO Característica Unidades Mg Al Ti Fe Red Cristalina (Temp ambiente) Hexagonal CCCa Hexagonal CCCu Densidad g/cm 3 1,7 2,69 4,5 7,87 Punto de Fusión ºC 650 660 1 668 1 535 Conductividad Térmica W / m K 146 238 17 71 Coeficiente de Dilatación x 10 -6 26 23,5 8,9 12 Resistencia a Corrosión E, B, R o M Mala Buena Excelente Regular Módulo de Rigidez GPa 45 70 120 210 Resistencia a la Tracción (aleaciones) MPa 400 660 1 400 2 400 Contenido en Corteza % 2,8 8 0,9 5,8 Precio Relativo Relativo 12 6 200 1 6 Baja conductividad eléctrica. La resistencia a la oxidación y a la corrosión a temperatura ambiente son excelentes, similares o incluso, en algunas circunstancias superiores a la de los aceros inoxidables. El titanio tiene gran afinidad por el oxígeno y forma una capa de óxido superficial (TiO 2 ) que lo protege de la corrosión y contaminación por debajo de 535 °C. A temperaturas por encima de los 535 °C, la capa de óxido se desintegra y átomos pequeños como los de carbono, oxígeno, nitrógeno e hidrógeno se difunden en el metal fragilizándolo. PROPIEDADES DEL TITANIO
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Descripción de las principales aleaciones de titanio.
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TITANIO Y ALEACIONES DE TITANIO
PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES
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PROPIEDADES DEL TITANIO
Baja densidad (4,5 g/cm3)
Es ms pesado que el aluminio (2,69 g/cm3) y magnesio (1,74 g/cm3)
Ms ligero que el acero (7,87 g/cm3), cobre y nquel.
El titanio puro presenta buenas propiedades mecnicas, que pueden
ser aumentadas en gran medida mediante aleacin con otros metales
especialmente Al y V
tratamiento trmico
presentando alta resistencia mecnica con poca perdida de
ductilidad.
3
PROPIEDADES DEL TITANIO
Alta temperatura de fusin (1 668C).
El titanio y algunas de sus aleaciones tienen buena resistencia,
ductilidad y tenacidad a bajas temperaturas (- 240C).
Baja conductividad trmica y bajo coeficiente de dilatacin.
Estas propiedades permitirn realizar soldaduras sin que se presenten:
Grandes deformaciones
Ni tensiones residuales
La explotacin comercial de las aleaciones de titanio data de los aos
1950.
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a) Resistencia a la traccin b) Resistencia por unidad de peso
COMPARACIN DE RESISTENCIAS DE VARIOS MATERIALES
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PROPIEDADES DEL TITANIO
Caracterstica Unidades Mg Al Ti Fe
Red Cristalina (Temp ambiente) Hexagonal CCCa Hexagonal CCCu
Densidad g/cm3 1,7 2,69 4,5 7,87
Punto de Fusin C 650 660 1 668 1 535
Conductividad Trmica W / m K 146 238 17 71
Coeficiente de Dilatacin x 10-6 26 23,5 8,9 12
Resistencia a Corrosin E, B, R o M Mala Buena Excelente Regular
Mdulo de Rigidez GPa 45 70 120 210
Resistencia a la Traccin (aleaciones)
MPa 400 660 1 400 2 400
Contenido en Corteza % 2,8 8 0,9 5,8
Precio Relativo Relativo 12 6 200 1
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Baja conductividad elctrica.
La resistencia a la oxidacin y a la corrosin a temperatura ambiente
son excelentes, similares o incluso, en algunas circunstancias
superiores a la de los aceros inoxidables.
El titanio tiene gran afinidad por el oxgeno y forma una capa de xido
superficial (TiO2) que lo protege de la corrosin y contaminacin por
debajo de 535 C.
A temperaturas por encima de los 535 C, la capa de xido se
desintegra y tomos pequeos como los de carbono, oxgeno,
nitrgeno e hidrgeno se difunden en el metal fragilizndolo.
PROPIEDADES DEL TITANIO
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A temperaturas por encima de los 535 C se debe proteger del aire
para evitar su contaminacin.
El titanio lquido reacciona rpidamente con todos los elementos
formando compuestos que constituirn una impureza para el material.
Por lo tanto, se debe tener especial cuidado de evitar la contaminacin
durante la:
Fundicin,
Forja,
Soldadura.
PROPIEDADES DEL TITANIO
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El titanio y sus aleaciones se suelen emplear en la industria del transporte, sobre todo aeroespacial.
Muchas piezas de los motores y del fuselaje de los aviones se fabrican de aleacin de titanio, ya que tienen alta resistencia con bajo peso.
Otra gran aplicacin de las aleaciones de titanio se encuentra en la industria qumica por su buena resistencia a la corrosin.
Adems: implantes mdicos, prtesis, corazones artificiales.
El principal problema que tiene el titanio es que su extraccin no es econmica.
Su alto precio es justificable en aplicaciones a:
altas temperaturas, altas tensiones, baja densidad y en ambientes agresivos.
PROPIEDADES DEL TITANIO
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APLICACIONES DEL TITANIO
Relojes Pulseras
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APLICACIONES DEL TITANIO
Aros
Moto
Est fabricada enteramente en titanio
Material raro, difcil de trabajar, muy ligero
Nada econmico.
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APLICACIONES DEL TITANIO
Raquetas de tenis
Cascos
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APLICACIONES DEL TITANIO
Implantes
Prtesis de cadera
De las aleaciones de titanio slo dos estn siendo usadas como implantes en el
cuerpo humano, son las titanio con 6 % de aluminio y 4 % de vanadio (Ti-6Al-
4V) y la de titanio con 7% de aluminio y 5% de niobio.
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APLICACIONES DEL TITANIO
El avin de combate F-22, de la fuerza area
estadounidense, usa un 45% de titanio
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MOTOR DE AVIN
labe de turbina
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APLICACIONES DEL TITANIO
Su precio es casi el doble que una similar
convencional.
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El ritmo tan extraordinario de aumento de la produccin y empleo del titanio se debe a sus valiosas propiedades como:
Baja densidad,
Gran resistencia mecnica y
Resistencia a la corrosin y oxidacin.
La tabla muestra la produccin anual por toneladas de titanio.
Ao Produccin Anual en Toneladas
1948 2
1953 2 100
1966 2 200
2000 200 000
2003 420 000
TITANIO
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TITANIO
Energa
Qumica
47%
Aeronutica
militar
7%
Aeronutica
civil
35%
Otras
2%Deporte
y ocio
6%
Construccin
civil
1%
Mdica
2%
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La industria aeronutica es uno de los mercados ms grande para el
titanio debido a su elevada resistencia mecnica especfica (resistencia
a la traccin/densidad), alta resistencia mecnica a elevadas
temperaturas y resistencia a la corrosin.
El titanio es especialmente empleado en motores de aviones y
componentes sometidos a temperaturas de hasta 535 C.
Como ejemplo la aleacin: Ti 13 V 11 Cr 3 Al
Pesa la mitad que un acero inoxidable y
Presenta similar resistencia mecnica.
Una razn para la expansin de las aleaciones de titanio en el futuro,
es la cantidad relativamente grande en que se encuentra en la corteza
terrestre (0,9 %).
TITANIO
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En la corteza ocupa el cuarto lugar, despus del aluminio, hierro y
magnesio.
El alto precio que tiene el titanio impide que se utilice en mayor escala,
pero con el perfeccionamiento de la tecnologa de obtencin se
conseguir, evidentemente, que sea ms barato y se emplee mucho
ms.
El titanio comercial en estado recocido presenta:
mx : 24,5 56,0 kg/mm2
0,2 : 17,5 49,0 kg/mm2
: 15 25 %.
TITANIO
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Variacin de la Dureza del titanio con las impurezas
Pureza del Titanio Dureza
HB
99,99 % 100
99,80 % 145
99,60 % 165
99,50 % 195
99,40 % 225
TITANIO
Las propiedades del titanio dependen mucho de su pureza.
A mayor contenido de impurezas en el titanio, ste ser mas duro, tal
como se muestra en la siguiente Tabla.
21 Curva de enfriamiento del titanio puro
Lquido (amorfo)
1668
882 Ti- Ti-
Ti- (BCC CCCu)
tiempo
T C
L Ti-
ALOTROPA DEL TITANIO
Ti- (HC)
Hexagonal
compacta
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El titanio es un metal alotrpico y puede existir en dos tipos de
estructura cristalina (en el estado slido):
A baja temperatura es (Ti-)
presenta una red hexagonal con empaquetamiento
compacto (HC)
A 20 C: a0 = 2,9 Amstrong y c0 = 4,67 Amstrong y
A alta temperatura es , (Ti-), de red cbica centrada en el
cuerpo (BCC CCCu)
a = 3,31 Amstrong a 900 C
La temperatura de transicin es igual a 882 C.
TITANIO
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El Ti sufre transformacin alotrpica
a 882 C
882 C
HC (Hexagonal compacta)
BCC (CCCu)
ALOTROPA: Ti
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Esta transformacin alotrpica posibilita la realizacin de
tratamientos trmicos, aunque no en forma extensa como los
aceros.
El oxgeno, nitrgeno, hidrgeno y carbono, que presentan radios
atmicos menores de un Amstrong, forman con el Ti- y el Ti-
soluciones slidas intersticiales con diferentes solubilidades.
Como consecuencia la resistencia a la traccin se eleva en mayor
cantidad que cuando se forman las soluciones slidas por sustitucin y
desciende mucho la ductilidad.
TITANIO
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5
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Resistencia a la traccin, - - - ductilidad medida en % Influencia de los elementos en las propiedades mecnicas del Ti
TITANIO
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Adicionando a la aleacin elementos (aluminio, vanadio, estao, etc.)
que formen soluciones slidas por sustitucin pueden obtenerse
mejores combinaciones de resistencia y ductilidad que en el metal
que contenga impurezas intersticiales.
Por ello los elementos intersticiales:
oxgeno,
nitrgeno,
hidrgeno y
carbono
Generalmente deben considerarse impurezas perjudiciales y
su contenido debe limitarse en las aleaciones de titanio.
TITANIO
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El titanio posee una alta resistencia a la corrosin en gran nmero
de medios activos, superando en este sentido al acero inoxidable.
La alta resistencia a la corrosin se debe a que en su superficie se
forma una densa pelcula protectora (TiO2).
Si esta pelcula es insoluble en el medio circundante, puede
considerarse que el titanio es completamente estable en dicho medio.
Por ejemplo, el agua de mar disuelve en 4 000 aos una capa de titanio
cuyo espesor es igual al de una hoja de papel.
Pero si la pelcula de xido que recubre al titanio es soluble en el medio
dado, el empleo de aqul en ese medio no es recomendable.
RESISTENCIA A LA CORROSIN DEL TITANIO
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La resistencia a la corrosin es excelente en casi todos los
medios, incluso en el cuerpo humano, mucho mejor que el acero
inoxidable y las aleaciones de aluminio.
Es ms fcil enumerar los medios en que el titanio no es estable:
De los medios inorgnicos tenemos:
Los cidos hidroflurico, clorhdrico, sulfrico y ortofosfrico.
De los medios orgnicos tenemos:
Los cidos oxlico y actico.
RESISTENCIA A LA CORROSIN DEL TITANIO
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TITANIO
El titanio comercialmente puro es producido segn su grado de
pureza requerido, los cuales difieren en el contenido de nitrgeno,
oxgeno y de hierro.
Se encuentra estandarizado en las normas ASTM B265, ASTM B338 o
ASTM B367 en grados 1, 2, 3 y 4.
Grado 1 el mas puro con 99,5% de Ti como mnimo
Grado 2
Grado 3
Grado 4 presenta un 99,0% de Ti como mnimo
30
Elemento Grado 1 Grado 2 Grado 3 Grado 4
N mx. 0,03 0,03 0,05 0,05
C mx. 0,10 0,10 0,10 0,10
H mx. 0,015 0,015 0,015 0,015
Fe mx. 0,20 0,30 0,30 0,50
O mx. 0,18 0,25 0,35 0,40
Ti mn. 99,5 99,2 99,1 99,0
TITANIO
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6
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Caracterstica Grado 1 Grado 2 Grado 3 Grado 4
mx. 240 345 450 550
0,2 170 275 380 485
% (alargamiento de rotura)
24 20 18 15
% (estriccin)
30 30 30 25
Ti mn. 99,5 99,2 99,1 99,0
TITANIO
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ALEACIONES DE TITANIO
PROFESOR: PAUL P. LEAN SIFUENTES
33
Al agregar elementos de aleacin al titanio influir en la temperatura de
transformacin de a .
Es prctica comn referirse a los elementos de aleacin como
estabilizadores .
Un estabilizador significa que al agregarse al solvente, la
temperatura de transformacin a se eleva; asimismo, un
estabilizador disminuir la temperatura de transformacin.
Dependiendo de la composicin de la aleacin y del tratamiento
trmico, se pueden obtener aleaciones de titanio con fase , fase o
mezcla de ambas fases y , a temperatura ambiente.
ALEACIONES DE TITANIO
34 Contenido en elemento aleante (estabilizador )
882 C
+
+ compuesto
T (C)
TITANIO
35
Las cantidades relativas de estabilizadores y en una aleacin,
adems del tratamiento trmico, determinarn si la microestructura ser
predominantemente (unifsica), una mezcla de y (bifsica), o
fase (unifsica).
El aluminio es un estabilizador , como puede observarse en el
diagrama de fase Ti-Al.
El vanadio, molibdeno, cromo, manganeso y hierro son importantes
estabilizadores .
La adicin de estao y zirconio produce un endurecimiento por
solucin slida sin afectar la temperatura de transformacin.
ALEACIONES DE TITANIO
36
Diagrama de
fase Ti-Al
ALEACIONES DE TITANIO
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7
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Diagrama de
fase Ti-V
ALEACIONES DE TITANIO
38
Diagrama de
fase Ti-Mo
ALEACIONES DE TITANIO
39
Diagrama de
fase Ti-Sn
ALEACIONES DE TITANIO
40
Estabilizadores Neutros
Solucin
Fase Fase Sustitucional Intersticial
Aluminio
Cromo
Estao
Zirconio
X
Niobio X
Cobre X
Hierro X
Manganeso X
Molibdeno X
Nquel X
Silicio X
Tantalio X
Tungsteno X
Vanadio X
Oxgeno
Hidrgeno
X
Nitrgeno X
Carbono X
ALEACIONES DE TITANIO
ALEACIONES DE TITANIO
42
ALEACIONES DE TITANIO
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8
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La denominacin ms comn de las aleaciones de titanio indica el
porcentaje de los elementos de aleacin junto a su smbolo qumico.
Las aleaciones de amplio empleo son:
Ti-6Al-4V que es una aleacin + que contiene 6 % de
aluminio y 4 % de vanadio, es la aleacin ms utilizada
acaparando ms del 50 % de la produccin de Ti en el mundo.
Ti-5Al-2,5Sn es una aleacin que contiene 5 % de aluminio y
2,5% de estao.
ALEACIONES DE TITANIO
44
Aleacin: +
Es en la actualidad la aleacin de titanio ms empleada.
Constituye ms del 50 % de todo el titanio que se produce.
La industria aeroespacial consume ms del 80 % de esta cantidad.
Tambin se le emplea en prtesis mdicas.
Las industrias del automvil, marina y qumica tambin consumen
pequeas cantidades.
ALEACIONES DE TITANIO: Ti-6Al-4V
45
ALEACIONES DE TITANIO: Ti-6Al-4V
46
Existe la calidad ELI (extra-low-intersticial content), con bajo
oxgeno y hierro.
Presenta elevada tolerancia al dao, en especial a
temperatura criognica.
Mejor comportamiento frente al soldeo.
Mayor ductilidad
Mayor resistencia a la corrosin
ALEACIONES DE TITANIO: Ti-6Al-4V
Ti-6Al-4V
47
Ordinariamente conocida como Media 6-4.
Aleacin: +
Tiene una resistencia intermedia entre el titanio puro y la aleacin
Ti-6Al-4V.
Presenta excelente formabilidad en fro para la
produccin de tubos sin
costuras, lminas, hojas
metlicas.
Se emplea principalmente como aleacin para
tubos.
ALEACIONES DE TITANIO: Ti-3Al-2.5V
Ti-3Al-2.5V
48
ALEACIONES DE TITANIO: Ti-0.2Pd
Es una aleacin tipo
Las aleaciones de titanio paladio tienen aplicacin en aquellos casos
en que requieran resistencias a la corrosin excelentes, ya sea
en procesos qumicos o en aplicaciones de almacenamiento, en las
cuales el medio sea medianamente reductor o flucte entre oxidante
y reductor.
La adicin de paladio extiende la aplicacin del titanio
comercialmente puro a soluciones de:
cido ntrico, sulfrico y fosfrico
As como en cidos orgnicos a alta temperatura
-
9
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ALEACIONES DE TITANIO
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Tipo Composicin
qumica Condicin
Propiedades
mecnicas Aplicaciones ms
corrientes mx
(MPa)
0,2
(MPa) %
Ti - 5 Al - 2,5 Sn
Recocido
861 807 16 Industria qumica,
nutica, partes de
avin.
Ti - 5 Al - 2,5 Sn (ELI) (1) 770 715 18
Ti - 6 Al - 4 Zr - 1 V 985 950 17
- Ti - 6 Al - 4 V
Recocido 993 924 14 Alabes de
compresores de
motores de avin.
T. Trmico 1 170 1 100 11
Ti - 6 Al - 4 V (ELI) (1) Recocido 900 830 15
Ti - 13 V - 11 Cr - 3 Al
Recocido 930 840 18 Camisas de cohetes
propulsores. Pernos
de alta resistencia. T. Trmico 1 220 1 172 8
(1) Las aleaciones de titanio de grado ELI (extra low intersticial) tienen contenidos inferiores de
determinados elementos como el carbono, oxgeno, hidrgeno y nitrgeno, de esta forma se
mejora su soldabilidad, ductilidad y resistencia a la corrosin en determinados ambientes.
51
Presentan una resistencia a la corrosin superior.
El oxgeno aumenta la resistencia mecnica, pero reduce su resistencia
a la corrosin.
Aplicaciones:
Intercambiadores de calor
Tuberas
Bombas
Vlvulas para las industrias qumicas y petroqumicas
TITANIO COMERCIALMENTE PURO
52
La mas comn: Ti-5Al-2.5Sn de todas las aleaciones .
Presentan mejor resistencia a la termofluencia (creep) que las
aleaciones .
Para aplicaciones a alta temperatura.
En aplicaciones criognicas.
Son menos forjables que las aleaciones .
No responden al tratamiento trmico.
Se les emplea en estado de recocido o recristalizado a fin de
reducir al mximo las tensiones residuales.
ALEACIONES DE TITANIO:
53
Contienen un adecuado balance de estabilizadores y , produciendo
una mezcla de y a temperatura ambiente.
La mas comn: Ti-6Al-4V
Como contienen dos fases, se pueden realizar tratamientos
trmicos para controlar tanto la microestructura como las
propiedades.
Algunas de las aleaciones + contienen como elemento de aleacin
el aluminio.
Esto es debido a que la resistencia de las aleaciones + que
contienen aluminio es sustancialmente mayor que una aleacin o una
aleacin + libre de aluminio.
ALEACIONES DE TITANIO: +
54
Tratadas trmicamente por:
Solubilizado, templado y envejecido (endurecimiento por
precipitacin).
Solubilizado, templado y revenido.
Las aleaciones + poseen una resistencia mecnica a
temperatura ambiente superior a la registrada en las del grupo
pero menor que la obtenida en la mayora de las .
ALEACIONES DE TITANIO: +
-
10
55
Presentan una estructura BCC (CCCu).
Presentan altos contenidos en estabilizantes de la fase .
Generalmente contienen aluminio, que incrementa su resistencia
mecnica.
Tienen excelente forjabilidad (BCC).
Tratadas trmicamente por:
Endurecimiento por precipitacin.
Tienen mayor tenacidad a la fractura que las aleaciones .
Muy empleadas en aplicaciones aeroespaciales.
ALEACIONES DE TITANIO:
56
ALEACIONES DE TITANIO
Efecto de la
temperatura sobre
la resistencia a la
fluencia (fluencia)
de aleaciones de
titanio.
RECOCIDO DE ALEACIONES:
Calentamiento desde la regin .
El enfriamiento rpido provoca una estructura de grano acicular o Widmansttten, que proporciona buena resistencia a la fatiga.
El enfriamiento en horno da una estructura ms en forma de placas que proporciona una mejor resistencia a la termofluencia (creep).
El precipitado en los lmites de grano
como las placas Widmansttten son alfa.
Enfriamiento rpido
58
RECOCIDO DE ALEACIONES: +
El calentamiento se efecta justo por debajo de la temperatura de transformacin -.
Una pequea cantidad de previene el crecimiento de grano.
Un enfriamiento lento logra granos equiaxiales
Buena ductilidad y formabilidad
Dificultad para que se nucleen grietas por fatiga
Un enfriamiento rpido forma granos aciculares o en tejido de canasta
Lenta velocidad de crecimiento de grietas por fatiga
Buena tenacidad a la fractura
Buena resistencia al creep
59
RECOCIDO DE ALEACIONES: + RECOCIDO DE ALEACIONES: +
Granos aciculares Lenta velocidad de crecimiento
de grietas por fatiga, buena
tenacidad a la fractura y buena
resistencia a la termofluencia.
Enfriamiento rpido
Enfriamiento lento
Granos equiaxiales Buena ductilidad, formabilidad y dificultad para
la nucleacin de grietas por fatiga.
60
-
11
TRATAMIENTO TRMICO : +
Inicio de formacin
de martensita
61 62
Solubilizado, templado y revenido
La fase se tiempla desde alta temperatura
La fase se transforma a martensita de titanio (), cuando
cruce durante el enfriamiento la lnea Ms.
La martensita de titanio es una fase sobresaturada relativamente
blanda.
Cuando se realiza el revenido, se produce precipitacin de a
partir de sobresaturada:
+ precipitados
Incrementa la resistencia mecnica.
Si el revenido se realiza a una temperatura demasiado elevada
ocurre un reblandecimiento.
TRATAMIENTO TRMICO : +
63
Solubilizado, templado y envejecimiento por precipitacin
Las aleaciones de titanio + mas aleadas se endurecen por
envejecimiento.
La temperatura de solubilizacin se eleva hasta situar la aleacin
en el campo bifsico + en el unifsico .
Seguido de un temple en agua.
Durante el enfriamiento (temple), la fase no podr
transformarse en fase , dependiendo este hecho de la velocidad
de enfriamiento, la temperatura de solubilizacin, la composicin
qumica y la seccin (espesor).
TRATAMIENTO TRMICO : +
64
Se formar ss (fase beta sobresaturada)
Tras el temple, se somete a la aleacin a un tratamiento de maduracin (envejecimiento) en el rango de temperaturas entre
486C 654 C.
Durante la fase de maduracin (envejecimiento), finas partculas de fase precipitan en la fase .
El tratamiento trmico de endurecimiento por precipitacin produce:
Aumento de resistencia mecnica
Aumento de la tenacidad a la fractura
Componentes para fuselajes, cohetes, motores a reaccin, equipos de aterrizaje, etc.
ALEACIONES DE TITANIO : +
65
ALEACIONES DE TITANIO
matriz
finamente precipitado
66
Alivio de tensiones
Tratamiento que tiene por objeto reducir la tendencia al
agrietamiento, a la corrosin bajo tensin y, a mantener las
dimensiones deseadas.
Hay que tener presente que dicho tratamiento aplicado a
aleaciones tratables trmicamente por envejecimiento, puede
modificar la microestructura debido a envejecimientos no
controlados (sobreenvejecimiento).
TRATAMIENTO TRMICO
-
12
67 68
Las estructuras equiaxiales se pueden
obtener despus de laminar el material
en el rango de temperaturas +; un
recocido posterior a temperaturas
menores a la temperatura de inicio de
martensita (700 C) y un enfriamiento
posterior al aire libre.
Granos finos de y .
Buena combinacin de resistencia
mecnica, tenacidad, ductilidad y
resistencia a la fatiga.
TRATAMIENTO TRMICO: Ti-6Al-4V
69
Si a la aleacin se le aplica un recocido
a una temperatura lo suficientemente
alta y se deja enfriar al aire, la fase se
transforma en fase secundaria con
estructura laminar y se obtiene una
estructura formada por granos y
regiones laminares finas, denominadas
-transformada.
La estructura obtenida se denomina
microestructura dplex.
TRATAMIENTO TRMICO: Ti-6Al-4V
70
La estructura martenstica se obtiene por enfriamiento rpido o temple
desde temperaturas superiores a -transus, lo cual forma la fase .
Esta microestructura, mostrada en la figura, es acicular o finamente
laminar
TRATAMIENTO TRMICO: Ti-6Al-4V
71
Las estructuras laminares o de
Widmansttten se obtienen por
enfriamiento lento desde temperaturas
superiores a -transus hasta la regin
bifsica. El enfriamiento lento permite
una difusin controlada entre las fases
y cuando la temperatura disminuye por
debajo de -transus y la fase
comienza a nuclear en los bordes de
grano de , producindose un
crecimiento de la fase en forma de
lminas.
TRATAMIENTO TRMICO: Ti-6Al-4V
72
La estructura laminar resultante se
compone de gruesas placas de y finas
placas de , unidas formando paquetes
o colonias.
Esta microestructura posee alta
tenacidad a la fractura y alta
resistencia al agrietamiento por
corrosin bajo tensin.
TRATAMIENTO TRMICO: Ti-6Al-4V
-
13
73
Otra de las posibles microestructuras de la aleacin de titanio
Ti-6Al-4V es la denominada estructura bimodal, la cual consta de
granos de aislados en una matriz transformada.
Esta estructura se obtiene con un recocido a 950 C, seguido de un
temple en agua y un envejecimiento a 600 C.
TRATAMIENTO TRMICO: Ti-6Al-4V
74
Aplicaciones biomdicas: Titanio quirrgico
El titanio es un metal biocompatible
Los tejidos del organismo toleran su presencia sin que se
hayan observado reacciones alrgicas del sistema
inmunitario.
La biocompatibilidad del titanio y su dureza, ligereza y resistencia
han hecho posible su aplicacin en:
prtesis de cadera y rodilla
tornillos seos
componentes para la fabricacin de vlvulas cardacas y
marcapasos
APLICACIONES
75
lentes
herramental quirrgico tales como bisturs, tijeras, etc.
gran cantidad de piezas llamadas piercing
las sillas de ruedas y las muletas
los implantes dentales estn hechos con titanio. Las
personas con implantes dentales de titanio puede ir en una
mquina de resonancia magntica.
APLICACIONES
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Las especificaciones de ASTM para el titanio quirrgico son las
siguientes:
ASTM B265: placa y lmina: ASTM F1108 Ti6Al4V: pieza
moldeada para implantes quirrgicos
ASTM B299: ASTM F1295 Ti6Al7Nb: aleaciones de titanio,
aluminio y niobio para aplicaciones de implantes quirrgicos
ASTM B861/B862: tubo: ASTM F1341: alambre de titanio sin
aleaciones para aplicaciones de implante quirrgico
ASTM B338: ASTM F136 Ti6Al4V: ELI para aplicaciones de
implante quirrgico
APLICACIONES
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ASTM B348: barra: ASTM F1472 Ti6Al4V: para aplicaciones de
implante quirrgico
ASTM B363: conexiones: ASTM F620 Ti6Al4V: eli forjados para
implantes quirrgicos
ASTM B367: piezas moldeadas: ASTM F67: titanio sin
aleaciones para aplicaciones de implante quirrgico
APLICACIONES
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APLICACIONES
Implantes de cadera Implantes de rodilla
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79
Industria energtica
El titanio es muy utilizado en la construccin de:
Sistemas de intercambio trmico en las centrales trmicas
elctricas
Tambin en las centrales nucleares
Caractersticas de resistencia mecnica y qumicas
APLICACIONES
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Industria de procesos qumicos
Aleaciones de titanio se utilizan para fabricar componentes de
las industrias de proceso tales como bombas, depsitos,
reactores qumicos y columnas de fraccionamiento en centrales
que utilizan agua de mar como refrigerante.
Unidades de desulfuracin de gases que reducen las emisiones
de dixido de azufre de las centrales trmicas de carbn.
Gran resistencia del titanio ante los agentes corrosivos tales
como el agua salada, las soluciones de clorito e hipoclorito, el
cido ntrico, los cidos crmicos, los cloruros metlicos, los
sulfuros o los cidos orgnicos.
APLICACIONES
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Industria automovilstica
Un nuevo sector se ha incorporado a la fabricacin de
componentes de titanio
Se estn incorporando componentes de titanio en los
vehculos, con el fin de aligerar el peso de los mismos
Muelles y bielas de titanio
En los muelles, se tiene una mejor calidad de la suspensin
APLICACIONES
82
APLICACIONES
Las empresas automovilsticas estn incorporando componentes de
titanio en los vehculos que fabrican, con el fin de aligerar el peso de
los mismos, as por ejemplo ya existen muelles y bielas de titanio.
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Industria militar
Las aleaciones de titanio no se desgastan fcilmente, son fuertes
y resistentes a la corrosin siendo perfectos para su uso en:
Aviones y helicpteros
Material de blindaje
Construccin de los portaaviones
Carrocera de vehculos ligeros
Construccin de submarinos nucleares y
Fabricacin de misiles.
APLICACIONES
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Industria aeronutica y espacial
Debido a su resistencia, baja densidad y el que puede soportar
temperaturas relativamente altas, las aleaciones de titanio se
emplean en aviones y cohetes espaciales
El titanio y sus aleaciones se aplican en la construccin
aeronutica bsicamente para construir:
Forjados estructurales de los aviones,
Discos de ventilacin,
labes y palas de turbinas.
APLICACIONES
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85
APLICACIONES
Motor de Airbus A-380 labes de turbinas
Construccin naval el contacto con el agua salada no le afecta:
hlices y ejes de timn, cascos de cmaras de presin submarina, componentes de botes salvavidas y plataformas
petrolferas, as como intercambiadores de calor, condensadores
y conducciones en centrales que utilizan agua de mar como
refrigerante.
Los intercambiadores de calor en las plantas de desalinizacin (que convierten el agua de mar en agua potable)
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APLICACIONES
Intercambiador
titanio
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Otras industrias
Las parrillas de casco de ftbol americano, raquetas de tenis, cascos de cricket
Piones y chasis (marcos) de bicicletas.
Muchas armas de fuego (pistolas) estn hechas de titanio, ya que es un material fuerte y ligero.
El cuerpo de los ordenadores
APLICACIONES
Piones de bicicleta
fabricados en titanio
Ti-6Al-4V
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SOLDABILIDAD
La soldabilidad por procesos que impliquen fusin depender de la
composicin qumica
Aleaciones grado ELI presentan excelente soldabilidad
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SOLDABILIDAD
La aleacin Ti-8Mn no es recomendable su soldadura por procesos de arco elctrico
