titanio y sus aleaciones 2

1T i y s u s a le a c io n e s

J o s e R ic a r d o M u o z

M a r c A . S o le r

M .C a rm e n M o n te r d e

2T i y s u s a le a c io n e s

P r e s e n t a c i n d e l e le m e n t o T i A b u n d a n c ia O b te n c i n : M to d o K r o l l P r o p ie d a d e s f s ic a s y m e c n ic a s T i y s u s a le a c io n e s M e ta l r g ia M ic r o e s t r u c t u r a s P r o c e s o s s e c u n d a r io s

F u n d ic i n , fo r ja , c o n f o rm a d o , m e c a n iz a d o , T T , s o ld a d u r a , t r a t a m ie n t o s s u p e r f ic ia le s

A p l ic a c io n e s

3Ti22

47.867

T i c o m o e le m e n to

M a r t in K a lp r o f t

L la m a d o a s p o r lo s T i t a n e s , h i jo s d e U r a n o y G e a e n la m it o lo g a g r ie g a ).

4C o n f ig u r a c i n e le c t r n ic a

[Ar] 3d2 4s2

5E s t r u c t u r a C r is t a l in a

c

a

aBCC ()

HCP ()

)

882 0C transus

6A b u n d a n c ia

C o r t e z a te r r e s t r e 0 ,6 % A g u a m a r in a 1 p p b

T a m b i n p r e s e n t e e n :

S o l 4 0 0 0 p p b P ie d r a s lu n a r e s 1 3 % U n iv e r s o 3 0 0 0 p p b p la n ta s y s e r e s v iv o s

E l T i t a n io e s 4to metal e s t r u c t u r a l m s a b u n d a n te d e l p la n e t a

7P r in c ip a le s r e s e r v a s d e m in e r a l d e T i t a n io

8P r in c ip a le s p r o d u c t o r e s d e e s p o n ja d e T i

1 1 6 7 0 02 7 0 07 3 00 0-2 6 0 001 5 00 01 9 9 5

9 4 8 0 01 8 0 04 2 6 0 01 8 0 02 3 2 002 5 4 0 01 9 8 0

TotalChinaRus iaUKJapnUS AAo

C a p a c id a d d e p r o d u c c i n d e e s p o n ja d e T i t a n io [t o n /m ].

9H is t o r ia

1 7 9 1 G r e g o r (U K )- i lm e n i t a (F e O -T iO 2 ) 9 7 -9 8 % T iO 21 7 9 5 K la p r o t h (G e r) - r u t i le (T iO 2)

H u n te r o b t ie n e p o r p r im e r a v e z T i m e t l ic o c a le n t a n d o T iC l 4 c o n s o d io a p r e s i n .

1 9 4 6 - K r o l l o b te n c i n d e l m e ta l a p a r t i r d e l m in e r a l

MTODO DE KROLL

10

O b te n c i n T i m e t l ic o M to d o K r o l l

R e a c c i n d e c lo r a c i n

R e d u c c i n d e l T iC l 4

2COTiClC22ClTiOCOTiClC2ClTiO

42

242

+++

+++

2MgClTi2MgTiClC850800

4

0

++

11

P r o p ie d a d e s F s ic a s

M e ta l d e t r a n s ic i n L ig e r o : D e n s id a d o p e s o e s p e c f ic o e s d e 4 5 0 7

k g /m 3 P u n to d e fu s i n d e 1 6 7 5 C (1 9 4 1 K ) P e s o a t m ic o d e 4 7 ,8 6 7 u C o lo r p la t e a d o g r is c e o P a r a m a g n t ic o . N o s e im a n t a R e c ic la b le F o rm a a le a c io n e s c o n o t r o s e le m e n to s p a r a

m e jo r a r la s p r e s t a c io n e s m e c n ic a s . P o c a c o n d u c t iv id a d . N o e s m u y b u e n c o n d u c t o r

d e l c a lo r n i d e la e le c t r ic id a d .

12

P r o p ie d a d e s M e c n ic a s

M e c a n iz a d o p o r a r r a n q u e d e v ir u t a s im i la r a l a c e r o in o x id a b le

P e rm i t e f r e s a d o q u m ic o M a le a b le (p r o d u c c i n d e l m in a s m u y d e lg a d a s ) D c t i l (a la m b r e ) D u r o (E s c a la d e M o h s 6 ) M u y r e s is t e n t e a la t r a c c i n G r a n te n a c id a d P e rm i t e la fa b r ic a c i n d e p ie z a s p o r fu n d ic i n y m o ld e o M a te r ia l s o ld a b le P e rm i t e v a r ia s c la s e s d e t r a t a m ie n t o s ta n t o

te rm o q u m ic o s c o m o s u p e r f ic ia le s . P u e d e m a n t e n e r u n a a l t a m e m o r ia d e s u fo rm a

13

E l T i y s u s c o m p e t id o r e s

M e d ioA l t oB a joM u y a l t oP r e c io c o m p a r a t iv o

A l t aB a jaB a jaM u y a l t aR e a c t iv id a d c o n e l o x g e n o

A l t aM e d iaB a jaM u y a l t aR e s is t e n c ia a la c o r r o s i n

2 ,78 ,97 ,94 ,5D e n s id a d [g r /c m 3]

7 22 0 02 1 51 1 5E T e m p e r a tu r a a m b ie n te

[G P a ]

f c cf c cf c c b c cb c c h c p

E s t r u c tu r a c r is t a l in a

--9 1 2 8 8 2 T r a n s fo rm a c i n a le o t r p ic a [0C ]

6 6 01 4 5 51 5 3 81 6 7 0T e m p e r a tu r a d e F u s i n [0C ]

AlNiFeTiPropiedad

Propiedades bs icas del Ti comparada con otros metales

14

A lt a r e la c i n r e s is t e n c ia /d e n s id a dB u e n a s p r o p ie d a d e s m e c n ic a s h a s ta

5 5 0 0C

A l t a r e s is t e n c ia a la c o r r o s i n

A l t o c o s t o

E x c e le n t e b io c o m p a t ib i l id a d

P o r q u u t i l i z a r a le a c io n e s d e T i

15

D e n s id a d , R e s is t e n c ia y T e m p e r a t u r a

5000C

T i t a n iu m a n d T i t a n iu m A l lo y s : F u n d a m e n ta ls a n d A p p l ic a t io n s . A u to r e s : C h r is t o p h L e y e n s , M a n f r e d P e te r s . E d .: J o h n W ile y & S o n s (2 00 3 ) , p . 3 .

16

R e s is t e n c ia a la c o r r o s i n

P o te n c ia l E s t n d a r e n la s e r ie g a lv n ic a : -1 ,6 3 V

P a s iv a c i n (T iO 2)

)

A lt a r e s is t e n c ia a la c o r r o s i n

17

R e s is t e n c ia a la c o r r o s i n

c id o s u l f r ic o , c lo r h d r ic o , f o s f r ic o , f lu o r h d r ic o

S o lu c io n e s s a l in a s , c lo r u r o s , h ip o c lo r i t o s , s u l f a t o s ,

s o lu c io n e s d e c id o n t r ic o y c r m ic o

I n a d e c u a d o e n a m b ie n t e s r e d u c t o r e s

A d e c u a d o e n a m b ie n t e s o x id a n t e s

18

C u l e s e l c o s t o d e l T i ?

C o s to c o m p a r a t iv o p o r K i lo :6 v e c e s a l c o s t o d e l A l1 0 v e c e s a l c o s t o d e l a c e r o in o x id a b le

C u l e s e l v e r d a d e r o c o s t o ?M a n te n im ie n t oV id a t i lR e e m p la z o d e p ie z a s

A le a c io n e s

M a y o 2 0 0 8

20

M e ta l r g ia (I)

P O L IM O R F IS M O

T R A N S F O R M A C I N a b (H C P B C C )

B

M a y o 2 0 0 8

21

M e ta l r g ia (I I)


A L E A C IO N E S a ,b , a /b

c a s i a ,c a s ib

M a y o 2 0 0 8

22

M e ta l r g ia (I I I)


E le m e n to s e s ta b i l iz a n te s : O ,C , N ...E le m e n to s e s ta b i l iz a n te s : V ,M o ,T a ...

M a y o 2 0 0 8

23

M e ta l r g ia (IV )


E le m e n to s e s ta b i l iz a n te s : O ,C , N ...E le m e n to s e s ta b i l iz a n te s : V ,M o ,T a ...

M a y o 2 0 0 8

24

M e ta l r g ia (V )

M a y o 2 0 0 8

25

M e ta l r g ia (V I)

M a y o 2 0 0 8

26

M e ta l r g ia (V I I)

M a y o 2 0 0 8

27

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (I)

%pesoCalidad N C O Fe H

1 0.03 0.10 0.18 0.20 0.01252 0.03 0.10 0.25 0.30 0.01253 0.05 0.10 0.35 0.30 0.01254 0.05 0.10 0.40 0.50 0.0125

M a y o 2 0 0 8

28

Calidad Resistencia traccin (MPa)Lmite elstico

(MPa)Alargamiento

%1 240 170 242 345 275 203 450 380 184 550 483 15

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (I I)

M a y o 2 0 0 8

29

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (I I I)

M a y o 2 0 0 8

30

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (IV )

Aleaciones .Slo las aleaciones de titanio CP i la aleacin Ti-5Al-2.5Sn

presentan estructura totalmente .Frecuentemente se usan grados ELI ( extra-low-interstitial)

para mejorar la ductilidad y tenacidad a muy bajas temperaturas.

Las aleaciones a no se endurecen por tratamienton trmico. Normalmente se encuentran en estado recocido con la estrutura equiaxial.

Tienen buena sodabilidad y son difciles de forjar debido al estrecho margen de temperatura donde es posible.

M a y o 2 0 0 8

31

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (V )

Aleaciones casi .Pueden incluir hasta un 2% de elementos b

estabilizantes( p.e. Ti-8Al-1Mo-1V ). Con esto se mejora la resistencia mecnica y la forjabilidad. El tratamiento de forja o tratamiento trmico se realiza en la temparatura en que las cantidades de a y b son aproximadamente iguales.

M a y o 2 0 0 8

32

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (V I)

Aleaciones a/b.Contienen elementos estabilizadores tanto d ella fase a

como de la b. Pueden ser endurecidos por tratamiento trmico de precipitacin y envejeciemeiento que suele realizar a temperaturas de 480C a 650. Este tratamiento trmico incrementa entre un 30% y 50% los valores de resistencia respecto al estado recocido.

La aleacion a/b ms conocida es la Ti-6Al-4V la cual representa un 50% de las ventas de aleaciones de titanio.

M a y o 2 0 0 8

33

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (V I I)

Aleaciones i casi .Ricas en elementos estabilizantes, se caracterizan por

su gran capacidad de endurecimiento, excelente forjabilidad y capacidad para el trabajo en fro. Se pueden tratar por disolucin seguida de un envejecimiento a 450-600C en el cual parte de la fase se transforma en particulas de finamente dispersas.

Las principales desventajas respecto a las aleaciuones o / son la mayro densidad, menor resistencia a termofluencia y menor ductilidad. Curiosamente , a pesar de la menor ductilidad, la tenacidad a la fractura de las aleaciones es mayor que en las aleaciones a o / con resistencias similares.

M a y o 2 0 0 8

34

M E T A L R G IA . A le a c io n e s

MicroestructurasBsicamente se pueden obtener 3 estructuras. Micorestructura equiaxial. Se obtiene por trabajo en fro y

recocido a temperaturas menores a -transus. Se obtienen tamaos de grano pequeos debido a la presencia de impurezas que actuan como inhibidores del crecimiento de grano.

Microestructura martenstica. Se obtiene por enfriamiento rpido desde temperatures superiores a -transus. La martensita que se obtiene es de tipo hexagonal con una dureza relativamente baja debido a la ausencia de intersticiales.

Microestructura Windmanstatten. Se obtiene por enfriameniento lento desde temperaturas superiores a -transus..

M a y o 2 0 0 8

35

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (V I I I)

Ti CP recocido

Casi Ti6Al4V Cal. 925. Enfriada

50-55C/h

/Ti6Al4V

Forjada 955C

M a y o 2 0 0 8

36

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (IX )

Ti-5Al-2.5Sn

Enfriamiento:a) al horno b)al aire c)al agua

placas Windmanstatten Windmanstatten

M a y o 2 0 0 8

37

M e ta l r g ia . A le a c io n e s (X )

Efecto de la temperatura de forja. Ti-Al8-1Mo-1V

900C

1095C

1050C(normal)

(

38

R e s m e n A le a c io n e s

Caractersticas de las aleaciones de Titanio

Tratable Trmicamente

Resistencia Alta

Buena soldabilidad

Buena estabilidad Trmica

Exelente trabajabilidad


Resistencia Media-Alta

Soldabilidad Media

No tan buena estabilidad trmica como las aleaciones

Baja Densidad

No responden a TT

Baja a Media resistencia

Buena Tenacidad

Buena soldabilidad


Aleaciones Aleaciones +Aleaciones

39

P r o c e s a d o

40

P r o c e s a m ie n to P r im a r io

41

F u n d ic i n T i

T i p r e s e n ta a l t a r e a c t iv id a d e s p e c ia lm e n te e n e s ta d o fu n d id o

S o n c o s t o s o s lo s m to d o s u s a d o s p a r a fu n d ir y c o la r , a d e m s e s n e c e s a r io la l im p ie z a s u p e r f ic ia l p o r m e c a n iz a d o q u m ic o

42

F u n d ic i n p o r m o ld e o d e g r a f i t o

F u n d ic i n c e n t r f u g a e n v a c io d e T i e n m o ld e p r e s io n a d o d e g r a f i t o d e a l t a d e n s id a d

43

F u n d ic i n p o r c e r a p e r d id a

F u e in t r o d u c id o e n lo s 6 0 e n la in d u s t r ia a e r o e s p a c ia lS e tu v o q u e d e s a r r o l la r n u e v o s m a te r ia le s c e r m ic o s p a r a m in im iz a r la r e a c t iv id a d c o n e l T i f u n d id o

h t t p ://w w w .y o u t u b e .c o m /w a t c h ?v = d k ip e s Z H j1 k

44

F o r ja d e l T i t a n io (I)

45

F o r ja d e l T i t a n io (I I)

46

F o r ja d e l T i t a n io (I I)

47

C o n fo rm a d o d e l t i t a n io (I)

E s m s d i f c i l d e c o n fo rm a d o q u e e l a c e r o y a le a c io n e s d e a lu m in ioE s d i f c i l p r e d e c i r la r e c u p e r a c i n e l s t ic a T ie n e s e n s ib i l id a d a la e n ta l la , p u d ie n d o p r o d u c i r a g r ie ta m ie n to c u a n d o s e t r a b a ja e n f r oP u e d e s u f r i r s o ld a d u r a e n f r o a l p o n e r s e e n c o n ta c t o c o n e l u t i l la jeA l t a p r o b a b i l id a d d e s u f r i r f r a g i l id a d p o r s o b r e c a le n ta m ie n to y p o r a b s o r c i n d e O x ig e n oC o n fo rm a b i l id a d l im i t a d a

48

C o n fo rm a d o d e l t i t a n io (I I)

49

D e fo rm a c i n s u p e r p l s t ic a (S P F ) (I)

50

D e fo rm a c i n s u p e r p l s t ic a (S P F ) (I I)

B a jo e s fu e r z o d e f lu e n c ia M in im iz a c i n d e l m e c a n iz a d o N o h a y s p r in g b a c k F lu jo d e l m e ta l e s u n i f o rm e N o h a y e s fu e r z o s r e s id u a le s

51

D e fo rm a c i n s u p e r p l s t ic a (S P F ) (I I I)

52

D e fo rm a c i n s u p e r p l s t ic a (S P F ) (IV )

53

T r a ta m ie n t o T rm ic o

54

M e c a n iz a d o (I)

C a r a c t e r s t ic a s d e l m a te r ia l F u e r z a s d e c o r t e a l t a s y c o n c e n t r a d a s T e n d e n c ia a s o ld a r s e a la h e r r a m ie n ta B a jo c o e f ic ie n te d e t r a n s fe r e n c ia d e c a lo r

B a jo m o d u lo d e e la s t ic id a d p e rm i t e g r a n d e s d e f le x io n e s

55

M e c a n iz a d o (I I)

56

M e c a n iz a d o (I I I)

57

M e c a n iz a d o (IV )

58

S o ld a d u r a

P o r F U S I N S e d e b e te n e r u n a p r o te c c i n c o n g a s in e r t e A r g n

P r o c e s o T IG , M IG T o d a s la s a le a c io n e s s o n s o ld a b le s T i g r a d o 5 , P r o p ie d a d e s m e c n ic a s I n s p e c c i n R a y o s X , T in t a s p e n e t r a n t e s

59

S o ld a d u r a

D IF U S I N P O R P L A S M A H A Z D E E L E C T R O N E S P O R P U N T O S

C o n s is t e e n c o lo c a r d o s p la n c h a s l im p ia s d e t i t a n io b a jo p r e s i n m e c n ic a , e n v a c o y e n c a l ie n t e , d u r a n t e u n t ie m p o e s p e c f ic o

M a te r ia le s d e h a s ta 5 m m d e e s p e s o r

G r a n d e s v e lo c id a d e s

P o r p r e s i n o c a le n t a m ie n t o e l c t r ic o

60

T r a ta m ie n t o s S u p e r f ic ia le s (I)

NITRUROS E le v a d a d u r e z a R e te n c i n d e la d u r e z a a T G r a n r e s is t e n c ia a l d e s g a s te E le v a d a r e s is t e n c ia a la c o r r o s i n B a jo c o e f ic ie n te d e f r ic c i n

D is m in u y e K IC

61

T r a ta m ie n t o s S u p e r f ic ia le s (I I)

62

T r a ta m ie n t o s S u p e r f ic ia le s (I I I)

Im p la n t a c i n i n ic a D e p o s ic i n p o r p la s m a T r a t a m ie n t o p o r la s e r T r a t a m ie n t o p o r h a z d e e le c t r o n e s C V D (D e p o s ic i n q u m ic a e n fa s e v a p o r)

P V D (D e p o s ic i n e n fa s e v a p o r)

63

T r a ta m ie n t o s S u p e r f ic ia le s (IV )

64

T r a ta m ie n t o s S u p e r f ic ia le s (V )

65

A p l ic a c io n e s

M a y o 2 0 0 8

A p l ic a c io n e s (I)

I n d u s t r ia Q u m ic a y P e t r o q u m ic a

67

A p l ic a c io n e s (I I)

I n d s t r ia a u to m o t r iz , r e c ip ie n t e s d e p r e s i n

68

M e d ic in a

A p l ic a c io n e s (I I I)

69

A p l ic a c io n e s (IV )

I n d s t r ia a e r o e s p a c ia l

70

A p l ic a c io n e s (V )

I n d s t r ia a u to m o v i l s t ic a

71

A p l ic a c io n e s (V I)

72

A p l ic a c io n e s (V I I)

I n d s t r ia m i l i t a r , a e r o n u t ic a

73

A p l ic a c io n e s (V I I I)

I n d u s t r ia r e lo je r a , jo y e r a , b is u te r a y h e r r a m ie n t a s

74

A p l ic a c io n e s (IX )

I n s t r u m e n to s d e p o r t iv o s

75

A p l ic a c io n e s (X )

A r q u i t e c t u r a

76

R e s m e n a p l ic a c io n e s m s c o m u n e s

77

R e s m e n

M a y o 2 0 0 8

Forja Laminacin Extrusin

P r o c e s a d o (I)

M a y o 2 0 0 8

Trefilado

Doblado

Troquelado

Conformado Soldadura

Fundido

Maquinado

Pulvimetalurgiaembutido

Estirado

P r o c e s a d o (I I)

M a y o 2 0 0 8

A lt a r e la c i n r e s is t e n c ia /d e n s id a d

B u e n a s p r o p ie d a d e s m e c n ic a s h a s ta 5 5 0 0C

A l t a r e s is t e n c ia a la c o r r o s i n

B e n e f ic io s d e la s A le a c io n e s d e T i t a n io

E x c e le n t e b io c o m p a t ib i l id a d

A le a c io n e s (I)

81

A le a c io n e s (I I)

Caractersticas de las aleaciones de Titanio


Resistencia Alta

Buena soldabilidad


Exelente trabajabilidad


Resistencia Media-Alta

Soldabilidad Media

No tan buena estabilidad trmica como las aleaciones

Baja Densidad

No responden a TT

Baja a Media resistencia

Buena Tenacidad

Buena soldabilidad


Aleaciones Aleaciones +Aleaciones

82

A p l ic a c i n / U s o s

I n d u s t r ia P e t r o q u m ic

G e n e r a c i n d e e n e r g a

I n d u s t r ia F a rm a c u t ic

B io m d ic o s I n d u s t r ia A e r o n u t ic a

I n d u s t r ia m i l i t a r

A r q u i t e c tu r a D e p o r t e s

D o m s t ic a J o y e r a

titanio y sus aleaciones 2

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