Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Introducción a Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, comúnmente conocida como Ti-15-3, es una aleación de titanio beta metaestable desarrollada para aplicaciones aeroespaciales e industriales de alto rendimiento. Es conocida por su alta relación resistencia-peso, excelente conformabilidad en frío y una tenacidad sobresaliente tras el tratamiento térmico. Ti-15-3 es especialmente adecuada para el conformado por rodillos, el conformado superplástico y el embutido profundo en frío, además del mecanizado CNC de precisión.
Gracias a su excelente maquinabilidad en condición tratada en solución, Ti-15-3 es una opción ideal para producir piezas de titanio mecanizadas por CNC de alto rendimiento. Estas piezas, fabricadas mediante servicios avanzados de mecanizado CNC, se encuentran a menudo en bastidores aeroespaciales, soportes de motor y componentes de precisión que requieren alta resistencia y resistencia a la fatiga.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (wt.%) | Función clave |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Proporciona la base estructural y resistencia a la corrosión |
Vanadio (V) | 14.0–16.0 | Estabilizador beta, mejora la resistencia y la templabilidad |
Cromo (Cr) | 2.5–3.5 | Mejora la resistencia a la oxidación y las propiedades de fluencia |
Estaño (Sn) | 2.5–3.5 | Contribuye a la estabilidad térmica y a la resistencia |
Aluminio (Al) | 2.5–3.5 | Mejora la resistencia a la fatiga y el control de fases |
Oxígeno (O) | ≤0.13 | Aumenta la resistencia; debe controlarse para mantener la ductilidad |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Limitado para evitar fragilización |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual |
Hierro (Fe) | ≤0.30 | Elemento residual |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.66 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1590–1650°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 6.6 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.68 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.6 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 550 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 105 GPa | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (tratado en solución + envejecido)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 1000–1200 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 950–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 330–360 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Conformabilidad en frío | Excelente | ASTM F1162 |
Características clave de Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Alta resistencia y ligereza: Ti-15-3 ofrece resistencias a la tracción superiores a 1000 MPa con casi la mitad del peso del acero, ideal para componentes estructurales aeroespaciales.
Excelente trabajabilidad en frío: A diferencia de la mayoría de las aleaciones de titanio, Ti-15-3 puede conformarse en frío en geometrías complejas sin agrietarse, reduciendo pasos de fabricación.
Resistencia superior a la fatiga: Mantiene las propiedades mecánicas bajo cargas cíclicas, especialmente útil para pieles de aeronaves y componentes de soportes y ménsulas.
Buena tratabilidad térmica: Totalmente tratable térmicamente para ajustar la resistencia, la tenacidad y la vida a la fatiga.
Desafíos y soluciones del mecanizado CNC para titanio Ti-15-3
Desafíos de mecanizado
Desgaste de herramienta: Aunque es más mecanizable que las aleaciones alfa o alfa-beta, Ti-15-3 aún provoca desgaste abrasivo en herramientas sin recubrimiento bajo condiciones en seco o de lubricación deficiente.
Baja conductividad térmica: El calor se concentra en la interfaz herramienta-pieza, provocando degradación prematura de la herramienta sin alta presión de refrigerante.
Recuperación elástica: Con un módulo de 105 GPa, el retroceso elástico tras el corte afecta la precisión dimensional en piezas de tolerancia estricta.
Endurecimiento por deformación: Requiere herramientas afiladas y avances adecuados para minimizar el endurecimiento y la rugosidad superficial.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Carburo (grado K20/K30) | Proporciona durabilidad frente al desgaste y el calor |
Recubrimiento | AlTiN o TiCN | Resiste la oxidación y el agarrotamiento |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo, filo honed | Reduce la concentración de tensiones y la formación de rebabas |
Velocidad de corte | 25–50 m/min | Equilibra el calor y la eliminación de material |
Avance | 0.10–0.25 mm/rev | Favorece un cizallamiento limpio con mínima vibración |
Refrigerante | Emulsión a través de la herramienta ≥100 bar | Garantiza gestión térmica y vida útil de la herramienta |
Parámetros de corte de Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3) (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 | 40–55 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio Ti-15-3
Prensado Isostático en Caliente (HIP) mejora la resistencia a la fatiga y elimina vacíos internos, aumentando la integridad estructural.
Tratamiento térmico implica el tratamiento en solución a ~800°C seguido de envejecimiento a 480–540°C para máxima resistencia y ductilidad.
Soldadura de superaleaciones permite un ensamblaje fiable con tratamiento térmico posterior a la soldadura para restaurar las propiedades del material.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) ofrece protección en entornos cíclicos de alta temperatura, especialmente en sistemas aeroespaciales.
Mecanizado CNC admite tolerancias de ±0.01 mm para soportes de aeronaves, varillajes de control y nervaduras estructurales.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) proporciona creación precisa de microcaracterísticas en componentes envejecidos o de difícil mecanizado.
Taladrado profundo permite barrenos rectos con Ra ≤1.6 µm y L/D >30:1 para aplicaciones aeroespaciales y de utillaje.
Ensayos de materiales incluyen validación de microestructura, perfilado de dureza, ensayos de fatiga y END según normas AMS.
Ensayos y análisis de materiales
Las piezas Ti-15-3 se someten a ensayos de fatiga, validación de estructura de fases (mediante SEM/XRD), ensayos de tracción tras el envejecimiento y END ultrasónicos para verificar el rendimiento del material en componentes listos para vuelo y de alta carga.
Aplicaciones industriales de Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3)
Aeroespacial: Bastidores de aeronaves, soportes, actuadores y pieles conformadas que se benefician de alta resistencia a la fatiga y conformabilidad en frío.
Defensa: Miembros estructurales ligeros y de alta resistencia, y componentes de carcasas de misiles.
Equipos industriales: Brazos portantes y componentes dinámicos en automatización avanzada.
Generación de energía: Estructuras giratorias y accesorios expuestos a fatiga térmica y vibratoria.
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