Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Introducción al Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr, ampliamente conocido como Ti5553, es una aleación de titanio casi beta de alta resistencia desarrollada para aplicaciones aeroespaciales, de defensa y estructurales que requieren un rendimiento mecánico excepcional. Es conocida por su excelente relación resistencia-peso, alta resistencia a la fatiga y gran templabilidad en profundidad, lo que la hace ideal para componentes sometidos a condiciones de carga extrema.
Debido a su dureza y complejidad metalúrgica, Ti5553 se procesa mejor mediante servicios avanzados de mecanizado CNC. Las piezas de titanio mecanizadas por CNC de alta precisión fabricadas con Ti5553 deben cumplir tolerancias dimensionales estrictas y requisitos exigentes de acabado superficial, especialmente para su uso en elementos estructurales de aeronaves, trenes de aterrizaje y sistemas militares.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición ( % en peso) | Función principal |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Aporta resistencia a la corrosión y resistencia base |
Aluminio (Al) | 4.5–5.5 | Estabilizador alfa, aumenta la resistencia a altas temperaturas |
Vanadio (V) | 4.5–5.5 | Estabilizador beta, mejora la fatiga y la tenacidad |
Molibdeno (Mo) | 4.5–5.5 | Mejora la resistencia a la fluencia y la templabilidad |
Cromo (Cr) | 2.5–3.5 | Contribuye a la estabilidad de fase y a la resistencia a la corrosión |
Zirconio (Zr) | ≤0.3 | Aumenta la resistencia a la fluencia y a la fatiga |
Oxígeno (O) | ≤0.15 | Refuerza la aleación, afecta la ductilidad |
Hierro (Fe) | ≤0.25 | Elemento residual |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar la fragilización |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.78 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 6.8 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.70 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.6 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 (solubilizado + envejecido)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 1100–1350 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 1030–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Alargamiento | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 340–390 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Excelente | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Características clave del Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Resistencia ultraalta: Con límites elásticos que superan los 1200 MPa, Ti5553 rivaliza con el acero en rendimiento mientras ofrece casi la mitad de densidad.
Dominio de fase beta: Su microestructura casi beta proporciona excelente templabilidad y buena procesabilidad térmica, ideal para componentes forjados o de gran espesor.
Tenacidad a la fractura superior: Funciona bien en entornos de fatiga de alto ciclo, crítica para fijaciones aeroespaciales y enlaces estructurales.
Estabilidad térmica y soldabilidad: Aunque la soldadura es desafiante por el contenido beta, puede lograrse con material de aporte adecuado y tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para Ti5553
Desafíos de mecanizado
Alta resistencia y endurecimiento por deformación: Ti5553 se deforma y endurece rápidamente, lo que provoca mayores fuerzas de corte y distorsión superficial si no se mecaniza con herramientas optimizadas.
Baja conductividad térmica: Genera calor en la interfaz herramienta-pieza, acelerando el desgaste de la herramienta y aumentando el riesgo de deriva dimensional.
Adhesión a la herramienta y desgaste por muesca: La fase beta de la aleación promueve el agarrotamiento y el desgaste por muesca, especialmente en los filos durante torneado y taladrado.
Control de tolerancias ajustadas: El retorno elástico y la recuperación (~módulo de 115 GPa) requieren compensación en las etapas finales de acabado.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Carburo de grano fino o CBN | Garantiza durabilidad bajo altas tensiones de corte |
Recubrimiento | AlTiN o TiSiN (≥4 µm) | Proporciona protección térmica y contra abrasión |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo, filo pulido | Minimiza la presión de corte y el desgaste del filo |
Velocidad de corte | 20–50 m/min | Reduce la acumulación térmica |
Avance | 0.10–0.25 mm/rev | Asegura una formación de viruta limpia |
Refrigerante | Emulsión a alta presión ≥100 bar | Evita el sobrecalentamiento de la herramienta y la soldadura de viruta |
Parámetros de corte del Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553) (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 | 45–60 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio Ti5553
Prensado Isostático en Caliente (HIP) incrementa la resistencia a la fatiga y la integridad estructural, ideal para trenes de aterrizaje y sistemas de bieletas.
Tratamiento térmico incluye solubilizado a ~830–870°C y envejecimiento a 480–600°C para optimizar la resistencia.
Soldadura de superaleaciones requiere un material de aporte compatible con beta y alivio de tensiones posterior a la soldadura para evitar “alpha case” o fragilidad.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) protege los componentes en entornos de empuje y propulsión de alta temperatura.
Mecanizado CNC garantiza tolerancias de ±0.01 mm en piezas como brazos de control y soportes estructurales de alta carga.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es adecuado para perfiles internos complejos y características finas.
Taladrado profundo ofrece rectitud <0.3 mm/m con Ra ≤1.6 µm en conjuntos aeroespaciales de gran espesor o estructurales.
Ensayos de materiales incluyen SEM, mapeo de dureza, análisis de fluencia e inspección ultrasónica para asegurar el cumplimiento de grado aeroespacial.
Ensayos y análisis de materiales
Ti5553 se evalúa mediante ensayos de tracción a alta temperatura, validación microestructural de fases, ensayos de resistencia a la fluencia y END ultrasónica, siguiendo normas AMS y ASTM.
Aplicaciones industriales del Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr (Ti5553)
Aeroespacial: Se utiliza en mamparos, vigas de tren de aterrizaje y elementos estructurales que requieren resistencia ultraalta.
Defensa: Aplicado en bastidores de blindaje, componentes de misiles y estructuras resistentes a explosiones.
Generación de energía: Ideal para carcasas de compresores y componentes de turbinas expuestos a cargas cíclicas.
Equipos industriales: Acoplamientos mecánicos de alta tensión y conjuntos portantes en automatización y robótica.
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