Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6)
Introducción al Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6)
Ti-5Al-2.5Sn, designado como titanio Grado 6, es una aleación de titanio casi alfa que ofrece una combinación de resistencia moderada, excelente soldabilidad y resistencia superior a la fluencia. Está especialmente diseñada para servicio a temperaturas elevadas en entornos aeroespaciales, marinos y de generación de energía.
Gracias a su estabilidad térmica y su rendimiento constante en atmósferas oxidantes, Ti-5Al-2.5Sn es una opción fiable para piezas de titanio mecanizadas por CNC críticas. Los servicios de mecanizado CNC de alto rendimiento se utilizan para entregar componentes de precisión con una exactitud dimensional excepcional, incluso para estructuras aeroespaciales complejas de pared delgada.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6)
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición ( % en peso) | Función principal |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Proporciona resistencia a la corrosión y estabilidad estructural |
Aluminio (Al) | 4.5–5.5 | Estabilizador alfa, mejora la resistencia y la resistencia a la oxidación |
Estaño (Sn) | 2.0–3.0 | Mejora la resistencia a la fluencia y a la fatiga térmica |
Oxígeno (O) | ≤0.15 | Refuerza la matriz, pero afecta la ductilidad |
Hierro (Fe) | ≤0.30 | Elemento residual |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Requiere control para prevenir la fragilización por hidrógeno |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.54 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 7.1 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.60 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.3 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 565 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 110 GPa | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición recocida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 745–860 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 690–790 MPa | ASTM E8/E8M |
Alargamiento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 280–320 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Excelente | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Características clave del Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6)
Excelente rendimiento a altas temperaturas: Mantiene la resistencia mecánica y la resistencia a la fluencia hasta 450°C, ideal para conductos de motor a reacción y estructuras de postcombustión.
Soldabilidad superior: El Grado 6 ofrece una excelente integridad de soldadura sin degradación significativa de las propiedades mecánicas, ideal para recipientes a presión y tuberías aeroespaciales.
Estabilidad térmica: Presenta baja expansión térmica (8.3 µm/m·°C) y alta resistencia a la fatiga térmica, respaldando el rendimiento en entornos de carga térmica de alto ciclo.
Resistencia a la oxidación: La formación estable de una capa superficial de TiO₂ protege las piezas frente a la formación de cascarilla y la corrosión en gases calientes y atmósferas marinas.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para titanio Grado 6
Desafíos de mecanizado
Tenacidad y baja conductividad: La alta tenacidad combinada con una conductividad térmica de solo 7.1 W/m·K provoca una generación excesiva de calor en la zona de corte, causando desgaste de la herramienta.
Comportamiento de endurecimiento por deformación: Ti-5Al-2.5Sn se endurece durante el mecanizado si la carga de viruta es insuficiente, afectando la vida útil de la herramienta y el acabado superficial.
Riesgo de adhesión a la herramienta: La formación de filo recrecido (BUE) ocurre a altas temperaturas, impactando la precisión y aumentando la probabilidad de agarrotamiento.
Exactitud dimensional: La recuperación elástica y el retorno elástico (módulo ~110 GPa) requieren compensación para mantener el control dimensional en características de precisión.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Plaquitas de carburo o CBN | Adecuadas para resistencia al desgaste a altas temperaturas |
Recubrimiento | AlTiN o TiAlSiN (PVD de 3–5 µm) | Minimiza la adhesión y la degradación relacionada con el calor |
Geometría | Alto ángulo de desprendimiento, filos pulidos | Reduce la fuerza y mejora la evacuación de viruta |
Velocidad de corte | 20–60 m/min | Equilibra la carga térmica y el acabado superficial |
Avance | 0.10–0.25 mm/rev | Asegura una correcta formación de viruta |
Refrigerante | Emulsión a alta presión ≥100 bar | Evita la acumulación de calor y reduce la fricción |
Parámetros de corte del Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6) (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 | 45–65 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio Grado 6
Prensado Isostático en Caliente (HIP) aumenta la densidad de la pieza y elimina vacíos internos, mejorando el rendimiento a fatiga en piezas de turbina y propulsión.
Tratamiento térmico incluye el alivio de tensiones y el envejecimiento a ~600°C, optimizando la resistencia a la fluencia y la estabilidad dimensional.
Soldadura de superaleaciones permite soldaduras de resistencia completa con mínima porosidad y fisuración en sistemas aeroespaciales certificados para presión.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) protege las piezas Grado 6 frente a la oxidación y la fatiga térmica en escapes de motores a reacción o reactores químicos.
Mecanizado CNC permite una precisión de ±0.01 mm y es crítico para fabricar conductos de motor, carcasas de control y tuberías aeroespaciales de precisión.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) permite crear orificios de precisión y canales de refrigeración sin introducir tensiones térmicas.
Taladrado profundo logra altas relaciones L/D con rectitud <0.3 mm/m y Ra ≤ 1.6 µm, adecuado para tuberías de presión y conductos.
Ensayos de materiales incluyen validación de rotura por fluencia, revisión de microestructura SEM y detección ultrasónica de defectos para aseguramiento de calidad.
Ensayos y análisis de materiales
Las piezas de Grado 6 se someten a ensayos de tracción a alta temperatura, evaluación de fluencia, ensayos de vida a fatiga y análisis XRD/SEM para garantizar la integridad en condiciones de servicio aeroespaciales, nucleares y marinas.
Aplicaciones industriales del Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6)
Aeroespacial: Se utiliza en conductos de motores a reacción, tuberías hidráulicas y revestimientos de fuselaje que operan bajo alta carga térmica.
Generación de energía: Tuberías de alta temperatura y componentes de control de flujo para turbinas de vapor y de gas.
Marino: Intercambiadores de calor y tuberías para plantas de desalinización expuestos a salmuera caliente y entornos de agua de mar.
Defensa: Estructuras y carcasas para sistemas de propulsión y escape que requieren equilibrio resistencia-peso.
Equipos industriales: Equipos en entornos corrosivos y de ciclos térmicos, como reactores e intercambiadores de calor.
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