3 aleaciones de titanio
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TITANIO Y SUS ALEACIONES
IMPORTANCIA DEL TITANIO Y SUS ALEACIONES.
Cuando se vuelve atractivo el uso del titanio desde el punto de vista ingeniería
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- Metal relativamente liviano. MASA ESPECIFICA: 4,507 g/cm3
(Intermedia entre el aluminio y el hierro).
- Alta resistencia mecánica especifica. Puede llegar a 1500 MPa (En algunas aleaciones de titanio).
- Se autoprotege.
El titanio presenta buenas propiedades anticorrosivas.
Película protectora de TiO2 estable hasta los 535 ºC
- Costo 5 veces el del aluminio.
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Variedades alotrópicas del titanio metálico .
Titanio α. HCP (estable hasta los 882 ° C)
Titanio β. BCC. (arriba de los 882° C)
TITANIO Y SUS ALEACIONES
Elementos de aleación que modifican la temperatura de transición
La temperatura de transición de la fase α→β se ve fuertemente influenciada por elementos de intersticiales tales como:
•Oxigeno
•Nitrógeno
•Carbono
•Metales
•Impurezas
TITANIO Y SUS ALEACIONES
Elementos de aleación que modifican la temperatura de transición
Los elementos de aleacion utilizados en el titanio que son seleccionados por
sus efectos particular se agrupan en tres grupos:
• Elementos estabilizadores de la fase α.
• Elementos estabilizadores de la fase β.
• Elementos indiferentes.
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Elementos estabilizadores de la fase α.
• Aluminio
• Oxigeno
• Nitrogeno
• Carbono
Todos estos elementos se disuelven perfectamente en Ti α, promueven la retencion de la fase α, al elevar la temperatura, retrazando la aparicion de
la fase β
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El aluminio es el elemento metalico mas importante del grupo de los alfagenos.
• Estabiliza la fase α
• Aumenta marcadamente la resistencia mecanica por medio de endurecimiento por solución solida.
• Mejora las propiedades mecanicas del titanio a alta temperatura
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Elementos estabilizadores de la fase β. Estos elementos tienen un efecto opuesto a los estabilizadores de la fase α.
Algunos de estos elementos son:
• Molibdeno
• Vanadio
• Niovio
• Tantalio
Estos elementos se disuelven en la fase β, disminuyendo la temperatura de
transicion de fase.
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Betagenos formadores de Soluciones sólidas.
“ Estos elementos no forman compuestos con el titanio sino que forman
soluciones solidas .”
Ej: Efectos del molibdeno.
Al ser el molibdeno completamente soluble en la fase β endurese por solucion solida.
En la fase α la solubilidad del molibdeno es muy limitada (0,8 % a 800 °C).
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Betagenos formadores de compuestos.
Dentro del grupo de elementos que estabilizan la fase β, existen elementos que forman compuestos con el titanio. Dentro de este grupo tenemos:
• Cromo
• Silicio
• Manganeso
• Cobre
• Niquel
• Cobalto
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Ej: Las aleaciones Ti – Cu. Exhiben endurecimiento por precipitación
del compuesto intermetálico Ti2Cu.
Las aleaciones Ti – Si. Exhiben endurecimiento por precipitación del compuesto intermetálico Ti5 Si3.
En ambos casos los precipitados formados con los elementos de aleación aumenta la resistencia al CREEP.
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Elementos indiferentes.
A este grupo pertenecen los elementos que en solución con el titanio, no modifican significativamente la temperatura de transición de la fase α a la
fase β.
Elementos indiferentes:
• Estaño
• Zirconio
Ambos elementos presentan solubilidad similar en las dos fases
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Mecanismos de endurecimiento de las aleaciones de Titanio.
Se presentan tres mecanismos
1 -Endurecimiento por solución sólida: se obtiene cuando se agregan
elementos de aleación.
2 – Endurecimiento por precipitación. Tratamiento de solución y precipitación
3 – Endurecimiento por transformación: mediante tratamientos térmicos se
controla la transformación de la
fase β en fase α.
“Los tres mecanismos operan en forma combinada, la preponderancia de uno de los mecanismos por sobre los otros depende de la naturaleza y la proporción de elementos aleantes”
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PRODUCTOS COMERCIALES. En esta agrupación del titanio y sus aleaciones los productos comerciales
se especifican de acuerdo a la fase predominante.
Clasificación:
• Titanio puro metálico.
• Aleaciones α y cercanas a α.
• Aleaciones α-β.
• Aleaciones β.
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Titanio metálico. Comercialmente existen distintos grados de pureza para el titanio metálico,
estos se clasifican de acuerdo a contenido de impurezas.
Impurezas mas frecuentes en el titanio metálico:
Oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono
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En el titanio metálico puro.
Las impurezas intersticiales: oxígeno y nitrógeno
Aumentan dureza y resistencia mecánica.
Disminuyen ductilidad y resistencia a la fatiga.
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Microestructura del titanio metálico puro
A temperatura ambiente → casi en su totalidad Tiα con
pequeñas impurezas de Ti β.
La estructura del Ti recocido puede ser tanto equiaxial como acicular
Propiedades .
• Resistencia a la corrosión
• Biocompatibilidad
• Presenta dificultades en el maquinado
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Aleaciones de titanio en fase α. El elemento de aleación mas importante en este grupo es el Al.
El Al produce endurecimiento por solución sólida
Propiedades.
• Buena resistencia a la fluencia en caliente (CREEP).
• Moderada resistencia a la tracción
• Difíciles de forjar.
• Aleaciones de Ti fácilmente soldables.
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Aleaciones de titanio cercanas a α.
Contienen pequeñas cantidades de estabilizadores de la fase β. “Estas aleaciones fueron desarrolladas para mejorar la resistencia al CREEP de
las aleaciones de Ti en fase α”
Ej: Ti-8Al-1Mo-1V
“En estas aleaciones las propiedades mecánicas están determinadas por la solución sólida
formada por los elementos estabilizadores de la fase α y por elementos indiferentes”
Posee resistencia superior al CREEP que las aleaciones α
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Aleaciones α-β Grupo mas numeroso de aleaciones.
Contienen una mezcla balanceada de estabilizadores de fase α y fase β
Ej: Ti-6Al-4V
Propiedades.
• Responden a los tratamientos térmicos
• Son soldables
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Aleaciones β
Estas aleaciones de Ti son ricas en elementos de aleación estabilizadores de la fase β y mas pobres
en estabilizadores de α.
Las aleaciones de titanio en fase β poseen una densidad superior a la de las aleaciones de
Ti α y α-β
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Propiedades de las aleaciones Ti β
• Elevada templabilidad.
• Excelente forjabilidad
• Buena capacidad de deformación plástica en frío
Desventajas.
• Baja resistencia al CREEP
• Peso superior al de otras aleaciones de Ti
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