1 Introducción a las Aleaciones de Titanio Aplicaciones. Características Procesos de Fabricación Dr. Hector Reale (1) ; Ing. Roxana Cocco (2) (1) CONUAR S.A; (2) FAE S.A

2 El Titanio como elemento Ti 22 47.867

3 [Ar] 3d 2 4s 2 Configuración electrónica

4 Abundancia El Titanio es 4to metal estructural más abundante del planeta Corteza terrestre 0,6 % Agua marina 1 ppb También presente en: Sol 4000 ppb Piedras lunares 13 % Universo 3000 ppb plantas y seres vivos

5 Principales reservas de Mineral de Titanio

6 Un poco de Historia 1791 – Gregor (UK) - ilmenita (FeO-TiO 2 ) 97-98% TiO 2 1795 – Klaproth (Ger) - rutile (TiO 2 ) 1910– Hunter obtiene por primera vez Ti metàlico calentando TiCl 4 con sodio a presiòn. 1946- Kroll – obtención del metal a partir del mineral

7 Reducción del TiCl 4 Reacción de cloración Obtención Ti metálico - Método Kroll

8 Capacidad de producción de esponja de Titanio [ton/m]. AñoUSAJapónUKRusiaChinaTotal 198025 40023 2001 80042 6001 80094 800 199515 00026 000-73 0002 700116 700 Principales productores de esponja de Ti

9 Propiedades básicas del Ti comparada con otros metales PropiedadTiFeNiAl Temperatura de Fusión [ 0 C]167015381455660 Transformación aleotrópica [ 0 C]882 β→α912 γ→α-- Estructura cristalinabcc → hcpfcc → bccfcc E Temperatura ambiente [GPa]11521520072 Densidad [gr/cm 3 ]4,57,98,92,7 Resistencia a la corrosiónMuy altaBajaMediaAlta Reactividad con el oxígenoMuy altaBaja Alta Precio comparativoMuy altoBajoAltoMedio El titanio y sus competidores

10 Por qué utilizar Aleaciones de Titanio Alta relación » resistencia/densidad Buenas propiedades mecánicas hasta 550 0 C Alta resistencia a la corrosión Alto costo Excelente biocompatibilidad

11 ≈ 500 0 C ← Titanium and Titanium Alloys: Fundamentals and Applications. Autores: Christoph Leyens, Manfred Peters. Ed.: John Wiley & Sons (2003), p. 3. Densidad, Resistencia, Temperatura

12 Resistencia a la corrosión Potencial Estándar en la serie galvánica: -1,63 V Pasivación (TiO 2 ) Alta resistencia a la corrosión

13 Adecuado en ambientes oxidantes Inadecuado en ambientes reductores Soluciones salinas, cloruros, hipocloritos, sulfatos, soluciones de ácido nítrico y crómico Ácido sulfúrico, clorhídrico, fosfórico, fluorhídrico En agua de mar potencial similar a aleaciones como : Hastelloy, Inconel, Monel y acero inoxidable Mayor resistencia a la corrosión por picado Susceptible de corrosión rendija Resistencia a la corrosión

14 ¿Cuál es el costo del Titanio? Costo comparativo por kilo: 6 veces el costo del Al 10 veces el costo del acero inoxidable ¿Pero cuál es el verdadero costo? Mantenimiento Vida útil Reemplazo de piezas

15 Aplicaciones Industria Aeroespacial Industria Química y Petroquímica Medicina Industria automotriz, recipientes de presión, arquitectura

16 c a a BCC ( β ) HCP ( α ) 882 0 C β transus Estructura Cristalina

17 Aleantes Estabilizadores α, ↑ transus Estabilizadores β, ↓ β transus Aleantes y Diagrama de fases

18 β α+βα+β α Temperatura Ti % aleante Isomorfos: Al, O, N, C β α Temperatura Ti % aleante Neutros: Zr, Sn Estabilizadores α

19 β α+βα+β α Temperatura Ti % aleante Isomorfos: V, Mo, Nb, Ta β α+βα+β α Temperatura Ti % aleante α+ Ti X A Y β + Ti X A Y β eutectoides: Fe, Cr, Si Estabilizadores β

20 Clasificación de aleaciones de Ti

21 Características de aleaciones α Endurecimiento por solución sólida Tienen una relativamente amplia solubilidad sólida Alta temperatura de transición alotrópica Baja Densidad Resistencia moderada Buena estabilidad Térmica Monofásica o con pequeñas cantidades de 2da fase No responden a Tratamiento Térmico Buena soldabilidad

22 Características de aleaciones α-β La más importante de estas aleaciones es Ti-6Al-4V Buen balance entre resistencia, ductilidad y propiedades de fatiga y fractura Buena respuesta a Tratamiento Térmico

23 Características de aleaciones β Son las aleaciones de Ti mayor de mayor resistencia Son más densas por el alto contenido de Mo, V, Fe Son las aleaciones de Ti mayor de mayor resistencia Responden a Tratamiento de solubilizaciòn y envejecimiento Son fácilmente deformadas en frìo (BCC) Se puede aumentar su resistencia con un posterior envejecimiento

24 Características de aleaciones α Nombre ComercialComposición %Tβ 0CTβ 0C Grado 1 Grado 2 Grado 3 Grado 4 Grado 7 Grado 12 Ti-5-2.5 Ti-3-2.5 (Grado 9) CP-Ti (0.18O-0.20Fe) CP-Ti (0.25O-0.30Fe) CP-Ti (0.35O-0.30Fe) CP-Ti (0.40O-0.50Fe) Ti-0.2Pd Ti-0.3Mo-0.8Ni Ti-5Al-2.5Sn Ti-3Al-2.5V 890 915 920 950 915 880 1040 935

25 Características de aleaciones α

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27 Temperatura β transus 150 0 C RA = 28-38% 50 0 C RA = 30-40% AC FC T = 650-750 0 C Recocido T = 380-500 0 C Relevado de tensiones Radial Mixta Tangencial

28 Características de aleaciones α

29 Características de aleaciones α-β Nombre ComercialComposición %Tβ 0CTβ 0C Ti-6-4 (Grado 5) Ti-6242 IMI834 Ti-6Al-4V Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si Ti-5.8Al-4Sn-4Zr-0.5Mo-0.7Nb- 0.35Si-0.06C 995 1045

30 Características de aleaciones α-β

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32 Propiedades Mecánicas del Ti-6Al-4V Tratamiento Térmicoσ 0,2 MPa σ U MPa δ%δ% Tratado β 0,5h / 1000 0 C + AC990106010 Tratado en α+β / 700 0 C910100014,5 Tratado en α+β 0,5h / 900 0 C WQ, envejecido 8h / 500 0 C 110017110

33 Características de aleaciones α-β

34 Características de aleaciones β Nombre ComercialComposición %Tβ 0CTβ 0C Aleaciones β B120VCA Ti-10-2-3 Ti-15-3 Ti-13V-11Cr-3AL Ti-10V-2Fe-3Al Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 700 800 760

35 Características de aleaciones β

36 Comparación de Propiedades de Tracción de aleaciones β con aleaciones α; α +β y CP Ti Aleación σ 0,2 MPa σ U MPa δ%δ% (α+β) Ti-6Al-4V1100117110 αTi-5Al-2,5Sn80686116 CP Ti241-585331-66130-20 (β) Ti-13V-11Cr-3AL120512758

37 Procesamiento Primario

38 Esponja de Ti Procesamiento Primario Scrap

39 Se utiliza una prensa de 2500 Tn Cada compacto pesa 20Kg Procesamiento Primario Compactado

40 Procesamiento Primario Soldadura del electrodo

41 Horno de Fusión por arco en Vacío (VAR) Titanium. Autores: Gerd Lütjering, James Williams. Ed.: Springer (2003), p. 32. Procesamiento Primario.

42 Horno de Fusión por arco en Vacío (VAR)

43 Temperatura β transus 150 0 C RA = 28-38% 50 0 C RA = 30-40% AC WQ AC FC 50 0 C RA = 30-40% RA >65% AC Procesamiento Primario. Forja Primaria

44 Procesamiento Primario. Forja Primaria

45 Procesamiento Secundario ForjaLaminaciónExtrusión

46 Laminación de Tubos Extrusión Hollow Billet Forjado Laminación en frío Lavado Tratamiento Térmico Decapado Controles Finales Despacho Ensayos Mecánicos END EC-US Inspección Visual

47 Otros Métodos de Fabricación TrefiladoDobladoTroqueladoConformadoSoldaduraFundidoMaquinado Pulvimeta lurgia embutidoEstirado

48 Resumen Alta relación » resistencia/densidad Buenas propiedades mecánicas hasta 550 0 C Alta resistencia a la corrosión Beneficios de las Aleaciones de Titanio Excelente biocompatibilidad

49 Resumen Usos Industria PetroquímicaGeneración de energía Industria FarmacéuticaBiomédicos Industria AeronáuticaIndustria militar ArquitecturaDeportes DomésticaJoyería

50 Resumen Características de las aleaciones de Titanio Aleaciones αAleaciones α+βAleaciones β Baja Densidad No responden a TT Baja a Media resistencia Buena Tenacidad Buena soldabilidad Buena estabilidad Térmica Tratable Térmicamente Resistencia Media-Alta Soldabilidad Media No tan buena estabilidad térmica como las aleaciones α Tratable Térmicamente Resistencia Alta Buena soldabilidad Buena estabilidad Térmica Exelente trabajabilidad

51 Resumen Son aplicables todos los mètodos de trabajado de metales convencionales Fabricaciòn La fusión debe ser en vacío

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