Todo sobre el metal titanio

El titanio se considera un metal invaluable en la ingeniería y la tecnología contemporáneas.. A la luz de sus características peculiares, como su capacidad para ofrecer alta resistencia, baja densidad, y excelente resistencia a la corrosión, Es un material vital para diversas industrias.. Todo, desde alas de avión hasta reemplazos de cadera., El titanio se utiliza en diferentes partes de muchas cosas que componen nuestra vida diaria.. Los usos del titanio van desde hacer que los aviones duren más, para mejorar el rendimiento de los equipos deportivos o fortalecer los equipos médicos de soporte vital. En este articulo, entenderemos por qué el titanio se ha vuelto tan crucial. Analizando sus características, usos, métodos de producción, y los grados más utilizados en el mercado actualmente.

¿Qué es el titanio??

Hojas de metal de titanio

Titanio(una aleación no magnética) es muy rígido, ingrávido, y no se corroe fácilmente. Sin embargo, es comparativamente más caro que aluminio, y acero. en la tabla periódica, el titanio pertenece al grupo 4 y punto 5 de elementos que tienen un número atómico de 22 y el símbolo “Ti”. El metal de titanio tiene una superficie brillante y lustrosa que puede ser de color gris o blanco.. El titanio se puede colorear en varios tonos mediante un proceso conocido como anodizado.. El principio fundamental se realiza variando el voltaje..

Además, es importante saber que el titanio es el noveno metal más abundante en la Tierra. Es soluble en rocas., minerales, arcilla, y arena. Pero, no existe en su estado original en la naturaleza. Bastante, El titanio se combina con el oxígeno para proteger los componentes proporcionando una capa protectora de dióxido de titanio. (TiO₂).

Ante todo, El titanio se encuentra a menudo en sus formas minerales.. Entonces, El titanio puro se puede extraer de dos minerales.: rutilo, que es oscuro y cristalino, e ilmenita, que es de color negro grisáceo. Además, Hay más minerales para producir titanio, incluida la anatasa., perovskita, brookita, y titanita.

Como se mencionó antes, El titanio es más caro que el acero o el aluminio., y a pesar de esto, Por lo general, encuentra su uso extensivo en varias aplicaciones.. El titanio comercialmente puro está disponible por aproximadamente $18 y $20 por kilogramo. Normalmente, las aleaciones de titanio cuestan más. Estos costos pueden variar desde 70 a 80 dólares estadounidenses/kilogramo de masa.

Propiedades clave del titanio

Las propiedades del titanio se dividen en químicas., físico, y categorías mecánicas, destacando sus características únicas para diversas aplicaciones.

Mesa: Físico, Químico & propiedades mecánicas del titanio.

Propiedades físicas	Propiedades químicas	Propiedades mecánicas
Densidad: 4.54 gramos/cm³	Contenido de carbono: ≤ 0.08%	Resistencia a la tracción: 200-1,400 MPa
Punto de fusion: 1,668°C	Contenido de hierro: ≤ 0.5%	Fuerza de producción: 200-1,200 MPa
Conductividad eléctrica: 2.38 x 10^6 S/m	Contenido de oxígeno: ≤ 0.25%	Dureza (Brinell): 150-400 media pensión
Conductividad térmica: 21.9 W/m·K	Contenido de nitrógeno: ≤ 0.03%	Alargamiento (Ductilidad): 10-30%
Propiedades magnéticas: No magnético	Contenido de hidrógeno: ≤ 0.015%	Módulo de elasticidad: 105-120 GPa

¿Cómo se fabrica el titanio??

La producción de titanio implica varios pasos clave.: Describamos el proceso de producción de titanio de la siguiente manera a continuación.:

• Extracción de mineral de titanio: Entre todos los minerales de titanio, los dos tipos más utilizados son la ilmenita. (FeTiO₃) y rutilo (TiO₂). Los siguientes minerales se extraen y procesan con el fin de obtener dióxido de titanio..
• Conversión a tetracloruro de titanio (TiCl₄): Los principales pasos en la fabricación de compuestos de titanio implican la cloración del dióxido de titanio.. Más, se transforma en tetracloruro de titanio. El proceso respectivo implica el uso de dióxido de titanio y cloro gaseoso y los dos se tratan mediante calor..
• Reducción a metal titanio: Luego, el tetracloruro de titanio se reduce a metal titanio utilizando el sistema Kroll., y procesos Hunter. En estos procesos, El tetracloruro de titanio se hace reaccionar con magnesio a altas temperaturas para producir titanio y cloruro de magnesio. (MgCl).
• Purificación y aleación: Recordar, que el material titanio metal es puro y debe ser aleado con otros componentes para obtener las características deseadas. Algunos de los componentes de aleación más utilizados son el aluminio., vanadio, y molibdeno.
• Procesamiento y fabricación: Estos formularios incluyen formularios de hoja., formas de varilla, y formas de tubos entre otras formas dependiendo de los requisitos de los usuarios.. Más, Se lleva a través de varios procesos para producir productos terminados mediante el uso de torneado., soldadura, y casting entre otros.

Grados de titanio comúnmente empleados para la fabricación de piezas

El titanio está disponible en varios grados según la aplicación prevista y la especificación del material.. Estos grados normalmente se clasifican en función de la composición química y las características mecánicas.. Los grados comunes de titanio son los siguientes.:

1. Calificación 1

Descripción: Comúnmente conocido como titanio comercial., Tiene la mayor ductilidad y la menor resistencia de todos los grados de titanio..

Composición química: 99.5% titanio.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción:240MPa o 35 ksi
• Fuerza de producción: 170 MPa (25 ksi)
• Alargamiento:24%

2. Calificación 2

Descripción: Este grado se caracteriza por una buena resistencia y buena ductilidad..

Composición química: Aproximadamente 98.9 porcentaje de compuesto de titanio, y el resto es hierro y oxígeno.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción:350 MPa (50 ksi).
• Fuerza de producción: La resistencia a la tracción es de hasta 275 MPa (40 ksi).
• Alargamiento: 20%

3. Calificación 3

Descripción: La calificación prevista es más fuerte que las calificaciones. 1 y 2 pero tiene menor ductilidad en comparación con los dos grados.

Composición química: Alrededor 97.5% titanio con hierro y oxígeno como principales elementos de aleación.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción: El límite elástico del material es 450 MPa (65 ksi).
• Fuerza de producción: Típicamente, la densidad del material es 380 MPa (55 ksi).
• Alargamiento: 15%

4. Calificación 4

Descripción: Calificación 4, Tiene alta resistencia y ductilidad relativamente moderada., Normalmente, Se aplica donde se desea alta resistencia..

Composición química: tiene aproximadamente 90% titanio y trazas de elementos como el hierro., oxígeno, y otros.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción: 550 MPa (80 ksi).
• Fuerza de producción:480 MPa (70 ksi)
• Alargamiento: 10%

5. Calificación 5 (Ti-6Al-4V)

Descripción: La más popular de todas las aleaciones de titanio debido a su alta resistencia y buena soldabilidad.. Calificación 5 Tiene aluminio y vanadio como componentes de la aleación.. Relativamente, utilizado en aplicaciones de impresión 3D para la fabricación de prototipos.

Composición química: contiene 90% de titanio, 6% de aluminio, y 4% de vanadio.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción: 900 MPa (130 ksi).
• Fuerza de producción: 830 MPa (120 ksi)
• Alargamiento: 14%

6. Calificación 7

Descripción: Calificación 7 Tiene características de corrosión mejoradas que han sido posibles gracias a la incorporación de paladio.. Generalmente se encuentra entre BETA calificaciones.

Composición química: Acerca de 90 Por ciento de titanio con una pequeña cantidad de paladio..

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción: El límite elástico del material es 370 MPa o 54 ksi.
• Fuerza de producción: Típicamente, 275 MPa (40 ksi).
• Alargamiento: 20%

7. Calificación 9 (Ti-3Al-2. 5V)

Descripción: Una calidad liviana que tiene mayor resistencia y mejores propiedades de fatiga., utilizado en equipos aeroespaciales y deportivos.

Composición química: 90% Titanio, 3% Aluminio, 2.5% vanadio.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción:620 MPa o 90 ksi
• Fuerza de producción: Las propiedades materiales del acero utilizado en la construcción de la plataforma marina son 480 MPa (70 ksi) resistencia a la tracción.
• Alargamiento:15%

8. Calificación 23 (Ti-6Al-4V ELI)

Descripción: Esta es una variante de grado intersticial bajo. 5, que generalmente mejora la tenacidad a la fractura. Comúnmente empleado en implantes médicos..

Composición química: 90% titanio, 6% aluminio, 4% vanadio con menor cantidad de contenido de oxígeno.

Propiedades mecánicas:

• Resistencia a la tracción:860 MPa (125 ksi)
• Fuerza de producción:795 MPa (115 ksi).
• Alargamiento:14%

Los diferentes grados de titanio tienen características únicas que lo hacen apropiado en muchos usos en áreas como la aeroespacial., médico, y usos industriales.

Operaciones de mecanizado de titanio

Mecanizado de titanio

Es un poco difícil trabajar con titanio.. Porque es muy rígido y fuerte.. Entonces, Las propiedades del material exigen que se lleven a cabo procesos específicos.. Algunas de las operaciones comunes empleadas en el mecanizado son torneado CNC, molienda, perforación, y tocando. Las aleaciones de titanio normalmente se mecanizan a bajas velocidades para minimizar el calor y el desgaste de la fresa.. Se utilizan herramientas de corte de carburo ya que protegen más el titanio contra el desgaste.. En trabajos de alta precisión, las tolerancias podrían ser tan estrictas como ±0.005″. Además, También se pueden llevar a cabo algunas otras técnicas, incluidas Mecanizado por descarga eléctrica (electroerosión), y corte por láser de las geometrías y zonas de difícil mecanización por medios convencionales.

Aplicaciones industriales del titanio

Descubramos las aplicaciones comunes del titanio en varios sectores.:

Industria aeroespacial

Los sectores aeroespaciales son mayores consumidores de titanio.. El titanio y sus aleaciones se emplean normalmente para piezas de aviones, incluidas piezas de motores a reacción., trenes de aterrizaje, estructuras de fuselaje de avión, y sistemas de escape. Estos materiales son particularmente adecuados para estas áreas de alto estrés debido a su alta relación resistencia-peso y su capacidad de resistencia a la corrosión..

Industria médica

En la industria médica, El titanio se aplica en la fabricación de aparatos quirúrgicos., y dental, y equipo protésico. Esto lo hace compatible con el tejido humano, por lo que cuando se implanta no provoca reacciones adversas..

Industria automotriz

La industria del automóvil es uno de los mayores consumidores de titanio.. El titanio ayuda a fabricar productos como coches de carreras y coches de lujo de alta gama.. Se utilizan en la fabricación de sistemas de escape., piezas de válvula, y sistemas de suspensión que facilitan el peso ligero y la alta resistencia de los vehículos.

Industria de procesamiento químico

Como se discutió anteriormente, El material de titanio no se corroe fácilmente con el medio ambiente.. Entonces, Se puede utilizar en la fabricación de válvulas de bombas., intercambiadores de calor, y sistemas de tuberías para plantas químicas. Más, añadió el beneficio de poder manejar productos químicos muy agresivos y por lo tanto, aumenta la vida útil del equipo.

Industria Marina

El titanio tiene características de alta resistencia a la corrosión.. Entonces, Se utiliza ampliamente en la fabricación de componentes y accesorios para barcos, como ejes de hélice., accesorios del casco, y sistemas de agua de mar, y ofrece alta durabilidad y bajo mantenimiento en ambientes marítimos.

Conclusión

Para concluir, debido a las distintas propiedades del material de titanio, Es posible mecanizarlo hasta la tolerancia requerida.. Sus diversos grados se pueden aplicar en el sector aeroespacial., médico, y campos industriales. Sin embargo, El titanio tiene poca maquinabilidad., Se puede mecanizar con gran precisión si se emplean herramientas y técnicas adecuadas durante el proceso.. Esto hace que el titanio sea valioso en cualquier aplicación donde la resistencia y la precisión sean fundamentales..

Preguntas frecuentes

Q1. ¿Cuáles son las principales categorías de aleaciones de titanio??

Las aleaciones de titanio se clasifican en tres tipos principales.: que incluyen aleaciones alfa, aleaciones beta, y aleaciones alfa-beta. Las aleaciones alfa son aquellas que poseen alta resistencia y un grado aceptable de ductilidad.. Las aleaciones beta proporcionan propiedades mecánicas mejoradas, fuerza avanzada, y maquinabilidad mejorada. Las aleaciones alfa-beta contienen fases alfa y beta y, por lo tanto, se exhiben las propiedades asociadas con ambas fases..

Q2. ¿Cómo se compara el titanio con otros metales en términos de corrosión??

El titanio tiene una capa de óxido natural que lo hace resistente al óxido y la corrosión.; por lo tanto, se puede utilizar en agua de mar, ácido, y otros ambientes corrosivos.

Q3. ¿Por qué se utiliza el titanio en aplicaciones aeroespaciales??

El material de titanio es extremadamente liviano, pero muy fuerte, lo que lo hace ideal para usos aeroespaciales. Ofrece alta resistencia, pero se trata de 50% más ligero que el acero. Por lo tanto, Mejora significativamente la eficiencia del combustible y el rendimiento en componentes de aviones y naves espaciales..

Q4. ¿Qué hace que el titanio sea biocompatible??

El titanio no provoca ninguna respuesta negativa cuando se utiliza en el cuerpo humano.. Después de todo, puede unirse fácilmente con el tejido humano. Debido a su superficie no adherente y químicamente inactiva, No causa inflamación cuando se usa en implantes quirúrgicos y miembros artificiales..

Q5. ¿Cómo se mecaniza y fabrica el titanio??

Titanio como muchos otros metales.. Se puede mecanizar de forma tradicional.. Pero es un metal muy duro y fuerte., por lo que se necesitan herramientas y métodos de mecanizado especializados. Estos incluyen el mecanizado de alta velocidad., Rectificado de precisión y mecanizado por descarga eléctrica. (electroerosión). Otros procesos involucrados en la fabricación pueden ser la soldadura., fundición, forja, y similares dependiendo del requisito.