Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Introducción al Ti-10V-2Fe-3Al (Grado 19)
Ti-10V-2Fe-3Al, o Grado 19, es una aleación de titanio beta metaestable desarrollada para aplicaciones estructurales de alta resistencia que requieren excelente conformabilidad en frío y gran templabilidad en secciones gruesas. Ofrece una combinación única de alta resistencia a la tracción, excelente tenacidad y resistencia moderada a la corrosión, lo que la convierte en una opción sólida para los sectores aeroespacial, de defensa y de equipos industriales.
Gracias a su alto rendimiento mecánico y su buena maquinabilidad en condición solubilizada, Ti-10V-2Fe-3Al es muy adecuada para piezas de titanio mecanizadas por CNC de precisión. Estas piezas se benefician de tolerancias estrechas, excelente acabado superficial y la flexibilidad de los servicios de mecanizado CNC avanzados, especialmente para componentes estructurales aeroespaciales y automotrices.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Ti-10V-2Fe-3Al (Grado 19)
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición ( % en peso) | Función principal |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Resistencia a la corrosión y elemento base estructural |
Vanadio (V) | 9.0–11.0 | Estabilizador beta, mejora la resistencia y la ductilidad |
Hierro (Fe) | 1.7–2.3 | Aumenta la templabilidad y las propiedades a tracción |
Aluminio (Al) | 2.5–3.5 | Mejora la resistencia y la estabilidad |
Oxígeno (O) | ≤0.15 | Refuerza la aleación con ligera reducción de ductilidad |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Se controla para evitar fragilización |
Nitrógeno (N) | ≤0.03 | Elemento residual |
Carbono (C) | ≤0.05 | Elemento residual |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.64 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1580–1620°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 7.2 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.68 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.7 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 560 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 114 GPa | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (solubilizado + envejecido)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 1030–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
Alargamiento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–370 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Moderada a buena | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Características clave del Ti-10V-2Fe-3Al (Grado 19)
Alta resistencia a tracción y límite elástico: Presenta límite elástico >1000 MPa tras el tratamiento térmico, comparable a algunos aceros, con ~45% menos densidad.
Buena conformabilidad en frío: A diferencia de la mayoría de los grados de titanio de alta resistencia, el Grado 19 conserva ductilidad moderada en condición solubilizada, adecuada para operaciones de conformado.
Gran templabilidad: Ofrece propiedades mecánicas uniformes en secciones gruesas, ideal para piezas forjadas y componentes portantes.
Soldable con postratamiento: Puede soldarse en condición solubilizada con material de aporte adecuado y envejecimiento posterior para recuperar la resistencia.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para titanio Grado 19
Desafíos de mecanizado
Endurecimiento por deformación moderado: Aunque es más fácil que las aleaciones alfa-beta, Ti-10V-2Fe-3Al aún puede endurecerse con un control deficiente de viruta.
Acumulación de calor y desgaste de herramienta: La conductividad térmica es baja; se requiere alta presión de refrigerante y herramientas afiladas para evitar quemado superficial o fallos de herramienta.
Retorno elástico y recuperación: El módulo elástico (114 GPa) provoca un ligero retorno elástico en piezas de pared delgada o de precisión.
Agarrotamiento superficial: La fase beta de alta resistencia puede causar embadurnamiento o “galling” en el filo durante corte en seco o con lubricación insuficiente.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Carburo de grano fino o CBN | Asegura resistencia y resistencia al desgaste |
Recubrimiento | AlTiN o TiSiN (≥3 µm PVD) | Evita el agarrotamiento y aumenta la vida de la herramienta |
Geometría | Desprendimiento positivo afilado, filo con ligero hone | Minimiza el endurecimiento por deformación y la fuerza de corte |
Velocidad de corte | 25–55 m/min | Reduce la temperatura de la herramienta y la deformación |
Avance | 0.10–0.25 mm/rev | Mantiene un corte limpio y buena evacuación de viruta |
Refrigerante | Emulsión a través de la herramienta ≥100 bar | Proporciona refrigeración y lavado de viruta eficaces |
Parámetros de corte del Ti-10V-2Fe-3Al (Grado 19) (cumplimiento ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | Profundidad de corte (mm) | Presión del refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (a través de la herramienta) |
Acabado | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio Grado 19
Prensado isostático en caliente (HIP) incrementa la vida a fatiga y la densidad estructural para forjas de grado aeroespacial y piezas de tren de aterrizaje.
Tratamiento térmico incluye solubilizado a 750–800°C y envejecimiento a 500–550°C para optimizar resistencia y ductilidad.
Soldadura de superaleaciones es viable en condición solubilizada, con envejecimiento posterior a la soldadura para recuperar el desempeño mecánico.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) se aplica en piezas expuestas a cargas térmicas cíclicas para proteger la superficie contra la oxidación.
Mecanizado CNC permite la fabricación de componentes críticos (aeronáuticos o suspensión) con tolerancias de ±0.01 mm.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) se utiliza para perfiles complejos, orificios de refrigeración o microgeometrías en piezas endurecidas.
Taladrado profundo permite L/D >30:1 con rectitud <0.3 mm/m y acabado superficial Ra ≤1.6 µm.
Ensayos de materiales verifican la composición de fases, uniformidad de dureza e integridad estructural mediante tracción, fluencia y END por ultrasonidos.
Ensayos y análisis de materiales
Los ensayos para Ti-10V-2Fe-3Al incluyen verificación de resistencia a la tracción a alta temperatura, caracterización de la respuesta al envejecimiento, tenacidad a la fractura y detección de discontinuidades por ultrasonidos, de acuerdo con normas aeroespaciales y militares.
Aplicaciones industriales del Ti-10V-2Fe-3Al (Grado 19)
Aeroespacial: Herrajes aeronáuticos, actuadores hidráulicos y fijaciones que requieren alta resistencia y bajo peso.
Defensa: Componentes en cuerpos de misiles, estructuras y conjuntos de absorción de impactos.
Generación de energía: Pernos estructurales y piezas rotativas en conjuntos de turbinas de alta carga y alta velocidad.
Equipos industriales: Bastidores robóticos, articulaciones y sistemas portantes que requieren ligereza y durabilidad.
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