Aleaciones de titanioexhiben diferentes propiedades según su composición y estructura. El titanio tiene dos estructuras cristalinas: titanio, con una red hexagonal por debajo de 882 grados, y titanio, con una estructura cúbica centrada en el cuerpo por encima de 882 grados. Al agregar elementos de aleación apropiados, se pueden manipular el contenido de fase y las temperaturas de transición para obtener varios tipos de aleaciones de titanio. A temperatura ambiente, las aleaciones de titanio se pueden clasificar en tres categorías.
1. Aleación de titanio: Esta aleación monofásica consta de una solución sólida de dos fases. Mantiene su estructura de fase tanto a temperaturas normales como elevadas. La aleación de titanio presenta una organización estable, menor resistencia al desgaste en comparación con el titanio puro y una excelente resistencia a la oxidación. Aunque conserva su fuerza y resistencia a la fluencia entre 500-600 grados, no puede reforzarse mediante tratamiento térmico. La resistencia a temperatura ambiente de la aleación de titanio no es particularmente alta.
2. Aleación de titanio beta: Esta aleación monofásica está compuesta de una solución sólida de fase. Posee alta resistencia incluso sin tratamiento térmico. Además, la aleación se puede reforzar aún más mediante procesos como el enfriamiento y el envejecimiento. La resistencia a la tracción de la aleación de beta titanio a temperatura ambiente puede alcanzar 1372-1666 MPa.
3. Aleación de titanio alfa-beta: Esta aleación dúplex exhibe un rendimiento general excelente, incluida una buena estabilidad organizativa, tenacidad, plasticidad y propiedades de deformación a alta temperatura. Es muy adecuado para el procesamiento, enfriamiento y envejecimiento a presión en caliente para mejorar su resistencia. La aleación de titanio alfa-beta tratada térmicamente demuestra un 50-100 % de aumento en la resistencia en comparación con el estado recocido. Puede soportar un funcionamiento prolongado a temperaturas de 400-500 grados y exhibe una notable estabilidad térmica, solo superada por la aleación de titanio alfa.
Entre estos tres tipos de aleaciones de titanio, las más utilizadas son la aleación de titanio y la aleación de titanio alfa-beta. En términos de maquinabilidad, la aleación de titanio ofrece un mejor rendimiento, seguida de la aleación de titanio alfa-beta, mientras que la aleación de titanio beta se queda atrás. Los códigos correspondientes para estas aleaciones son TA para aleación de titanio, TB para aleación de titanio beta y TC para aleación de titanio alfa-beta.
Características de rendimiento de las aleaciones de titanio:
1. Alta resistencia: las aleaciones de titanio tienen una densidad de aproximadamente 4,51 g/cm³, que es sólo el 60% de la del acero. Algunas aleaciones de titanio de alta resistencia superan la resistencia de muchos aceros estructurales aleados. En consecuencia, la resistencia específica (resistencia/densidad) de las aleaciones de titanio supera la de otros materiales estructurales metálicos. Estas aleaciones son ideales para fabricar componentes livianos con alta resistencia y rigidez, como piezas de motores de aviones, esqueletos, revestimientos, sujetadores y trenes de aterrizaje.
2. Alta resistencia térmica: las aleaciones de titanio pueden soportar temperaturas más altas en comparación con las aleaciones de aluminio. Pueden mantener la resistencia requerida incluso a temperaturas medias y exhibir una resistencia excepcional entre 150-500 grados. Por el contrario, las aleaciones de aluminio experimentan una reducción significativa de su resistencia a 150 grados. El rango de temperatura de trabajo de las aleaciones de titanio se extiende hasta 500 grados, mientras que las aleaciones de aluminio están limitadas a temperaturas inferiores a 200 grados.
3. Excelente resistencia a la corrosión: Las aleaciones de titanio poseen una resistencia superior a la corrosión en atmósferas húmedas y agua de mar, superando al acero inoxidable. Presentan una sólida resistencia a la corrosión por picaduras, la corrosión ácida y la corrosión por tensión. Las aleaciones de titanio también demuestran una excelente resistencia a los álcalis, cloruros, sustancias orgánicas cloradas, ácido nítrico, ácido sulfúrico, etc. Sin embargo, presentan poca resistencia a la corrosión en ambientes reductores que contienen oxígeno y sales de cromo.
4. Buen rendimiento a bajas temperaturas: las aleaciones de titanio mantienen sus propiedades mecánicas incluso a temperaturas bajas y ultrabajas. Debido a su bajo coeficiente de expansión térmica, ciertas aleaciones de titanio, como TA7, conservan cierto grado de plasticidad incluso a -253 grados. Por tanto, las aleaciones de titanio son materiales estructurales cruciales para aplicaciones de baja temperatura.
5. Actividad química significativa: El titanio exhibe una alta actividad química y reacciona fuertemente con elementos atmosféricos como oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, monóxido de carbono, dióxido de carbono, vapor de agua y amoníaco. Por ejemplo, cuando el contenido de carbono excede el 0.2%, se forman carburos de titanio duros (TiC) dentro de la aleación. De manera similar, a temperaturas más altas, la reacción con el nitrógeno conduce a la formación de capas superficiales duras de nitruro de titanio (TiN). El titanio absorbe fácilmente oxígeno por encima de los 600 grados, lo que da como resultado la formación de una capa endurecida. Además, un mayor contenido de hidrógeno puede provocar el desarrollo de una capa quebradiza. Estas reacciones pueden provocar fenómenos de adherencia con las superficies de fricción.
6. Baja conductividad térmica y elasticidad: El titanio posee una baja conductividad térmica (aproximadamente 15,24 W/(m·K)). Su conductividad térmica es aproximadamente 1/4 de níquel, 1/5 de hierro y 1/14 de aluminio. Las aleaciones de titanio presentan una conductividad térmica aún menor en comparación con el titanio puro.
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