11Cr-3Al (TC11)
Introducción a 11Cr-3Al (TC11)
11Cr-3Al, designado como TC11, es una aleación de titanio alfa-beta de alta resistencia y alta temperatura, desarrollada principalmente para aplicaciones exigentes en la industria aeroespacial y de generación de energía. Con excelentes propiedades mecánicas a alta temperatura, resistencia superior a la fluencia y un comportamiento de oxidación estable, TC11 es ideal para entornos de servicio de hasta 500 °C.
La resistencia de la aleación y su favorable maquinabilidad en estado recocido o tratado en solución la convierten en una candidata sólida para piezas de titanio mecanizadas por CNC. Cuando se procesa mediante servicios avanzados de mecanizado CNC, los componentes TC11 pueden alcanzar alta precisión, excelente rendimiento a la fatiga y estabilidad térmica a largo plazo para estructuras aeroespaciales, discos de compresores y carcasas de motores.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de 11Cr-3Al (TC11)
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (wt.%) | Función clave |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Base resistente a la corrosión con estabilidad estructural |
Cromo (Cr) | 10.0–12.0 | Estabilizador beta, mejora la resistencia a la oxidación y a la fluencia |
Aluminio (Al) | 2.5–3.5 | Estabilizador alfa, incrementa la resistencia y la resistencia a la oxidación |
Molibdeno (Mo) | 0.8–1.5 | Mejora la templabilidad y la resistencia a la fluencia |
Silicio (Si) | ≤0.30 | Mejora la resistencia a la oxidación |
Hierro (Fe) | ≤0.50 | Elemento residual |
Oxígeno (O) | ≤0.15 | Aumenta la resistencia; debe controlarse para mantener la ductilidad |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar fragilización |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.57 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1620–1670 °C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 6.3 W/m·K a 100 °C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.67 µΩ·m a 20 °C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 560 J/kg·K a 20 °C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 115 GPa | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (tratado en solución + envejecido)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 950–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2 %) | 850–950 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥10 % | ASTM E8/E8M |
Dureza | 300–340 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Excelente hasta 500 °C | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Características clave de 11Cr-3Al (TC11)
Rendimiento a alta temperatura: Mantiene una resistencia a la tracción superior a 950 MPa y una excepcional resistencia a la fluencia en servicio continuo a 450–500 °C.
Oxidación y estabilidad térmica: El cromo y el aluminio favorecen la formación de una película de óxido densa y protectora, limitando la degradación del material en entornos de turbinas y escape.
Excelente resistencia a la fatiga: Adecuado para componentes rotativos o vibratorios expuestos a tensiones térmicas y mecánicas cíclicas.
Buena soldabilidad e integridad estructural: Permite uniones fiables y un rendimiento mecánico consistente tras el tratamiento térmico.
Desafíos y soluciones del mecanizado CNC para titanio TC11
Desafíos de mecanizado
Acumulación térmica: TC11 tiene una conductividad térmica relativamente baja, lo que provoca sobrecalentamiento del filo de la herramienta y reducción de su vida útil durante el corte continuo.
Recuperación elástica y endurecimiento por deformación: El alto módulo elástico y la tendencia al endurecimiento dificultan la precisión de la pasada final y el control de viruta.
Formación de óxidos abrasivos: La formación de óxidos superficiales duros durante el mecanizado a alta velocidad puede incrementar el desgaste de la herramienta.
Altos requisitos de calidad superficial: Exige acabados finos (Ra < 0.8 µm) para superficies de sellado aeroespaciales y piezas rotativas.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Carburo de grano fino, insertos recubiertos | Alta resistencia al desgaste a alta temperatura |
Recubrimiento | AlTiN o TiSiN | Resiste la adhesión y mejora la resistencia a la oxidación |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo, filo honed de 0.05 mm | Reduce la fuerza de corte y la acumulación de calor |
Velocidad de corte | 20–45 m/min | Evita daños térmicos y soldadura de viruta |
Avance | 0.10–0.20 mm/rev | Equilibra la presión de la herramienta y la calidad del acabado |
Refrigerante | Emulsión a través de la herramienta ≥100 bar | Mejora el arrastre de viruta y el control térmico |
Parámetros de corte de 11Cr-3Al (TC11) (cumplimiento ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | Profundidad de corte (mm) | Presión de refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (a través de la herramienta) |
Acabado | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio TC11
Prensado Isostático en Caliente (HIP) mejora el rendimiento a la fatiga y a la fluencia al eliminar la porosidad y aumentar la densidad.
Tratamiento térmico implica recocido en solución a 950–970 °C y envejecido a 500–540 °C para una resistencia óptima a la fluencia.
Soldadura de superaleaciones permite el ensamblaje estructural bajo protección de argón con alivio de tensiones posterior a la soldadura para integridad aeroespacial.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) protege las piezas TC11 que operan en entornos oxidantes y de ciclos térmicos como carcasas de turbinas.
Mecanizado CNC garantiza tolerancias de ±0.01 mm y baja rugosidad Ra para componentes rotativos críticos.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) permite la generación precisa de características en piezas endurecidas y de pared gruesa.
Taladrado profundo admite relaciones L/D >30:1 con Ra ≤1.6 µm en componentes de refrigeración de alta temperatura.
Ensayos de materiales incluyen pruebas de fluencia, análisis de fases, imágenes SEM y END ultrasónicos para garantizar la solidez estructural.
Ensayos y análisis de materiales
Los componentes TC11 se someten a ensayos de tracción y fluencia a temperaturas elevadas, caracterización microestructural mediante SEM y detección ultrasónica de defectos conforme a normas GB, AMS y aeroespaciales.
Aplicaciones industriales de 11Cr-3Al (TC11)
Aeroespacial: Discos de compresores, carcasas de motores y estructuras portantes expuestas a altos ciclos térmicos.
Generación de energía: Utilizado en álabes de turbina, conductos de transición y cámaras de combustión por su resistencia a alta temperatura.
Equipos industriales: Ideal para ejes rotativos y conjuntos mecánicos de alta carga sometidos a fatiga térmica.
Defensa: Utilizado en sistemas de propulsión y componentes estructurales del sector aeroespacial de defensa.
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