Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Introducción al Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grado 7)
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, comúnmente conocido como titanio Grado 7, es una aleación alfa-beta de alta resistencia diseñada específicamente para servicio a altas temperaturas. Con excelente resistencia a la fluencia, buena soldabilidad y sólida resistencia a la corrosión, esta aleación se utiliza ampliamente en componentes de turbinas aeroespaciales y sistemas de propulsión avanzados.
Su estabilidad estructural y su rendimiento en entornos oxidantes hacen que Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo sea ideal para piezas de titanio mecanizadas por CNC de precisión. Los fabricantes confían en servicios de mecanizado CNC de alta exactitud para cumplir tolerancias ajustadas en piezas críticas para la misión sometidas a esfuerzos cíclicos y calor extremo.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas del Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grado 7)
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición ( % en peso) | Función principal |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Proporciona integridad estructural y resistencia a la corrosión |
Aluminio (Al) | 5.5–6.5 | Estabilizador alfa, mejora la resistencia a altas temperaturas |
Estaño (Sn) | 1.8–2.5 | Mejora la resistencia a la fluencia y la estabilidad térmica |
Zirconio (Zr) | 3.6–4.5 | Incrementa la resistencia a la oxidación |
Molibdeno (Mo) | 5.5–6.5 | Estabilizador beta que mejora la templabilidad y la resistencia a la fatiga |
Silicio (Si) | ≤0.25 | Mejora las propiedades de fluencia |
Oxígeno (O) | ≤0.15 | Intersticial endurecedor |
Hierro (Fe) | ≤0.30 | Elemento residual |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar la fragilización por hidrógeno |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.65 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 6.4 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 1.68 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 570 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 112 GPa | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición recocida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 895–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 825–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Alargamiento | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 320–360 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Excelente | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Características clave del Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grado 7)
Resistencia excepcional a la fluencia: Soporta exposición prolongada a temperaturas de hasta 500°C, lo que lo hace ideal para motores de turbina y estructuras de protección térmica.
Resistencia a la fatiga a altas temperaturas: Diseñado para rendir bajo cargas térmicas y mecánicas cíclicas, el Grado 7 destaca en entornos de motores a reacción y postcombustión.
Resistencia a la corrosión y a la oxidación: Las adiciones de Sn y Zr promueven la formación de una capa de óxido densa, proporcionando alta resistencia a la formación de cascarilla en atmósferas oxidantes.
Buena soldabilidad: Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo puede soldarse de forma fiable con tratamiento térmico posterior a la soldadura para conservar la resistencia y la estructura a pesar de su alto contenido de aleación.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para titanio Grado 7
Desafíos de mecanizado
Alta resistencia y baja conductividad: Resistencias cercanas a 1000 MPa y una conductividad térmica de 6.4 W/m·K requieren una gestión térmica cuidadosa durante el corte.
Endurecimiento por deformación agresivo: Esta aleación se endurece rápidamente si la carga de viruta es insuficiente, lo que puede provocar daños en la herramienta e imprecisiones dimensionales.
Adhesión a la herramienta y desgaste del filo: La aleación se adhiere a las herramientas de corte y provoca desgaste abrasivo, especialmente en plaquitas sin recubrimiento.
Retorno elástico y recuperación: El alto módulo (112 GPa) produce deflexión elástica, dificultando el control de forma en pasadas de acabado.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Carburo submicrónico o plaquitas de CBN | Ideal para aleaciones tenaces y alta resistencia al calor |
Recubrimiento | AlTiN o TiSiN (PVD de 3–5 µm) | Mejora la protección térmica y minimiza el agarrotamiento |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo, filo de corte pulido | Reduce la fuerza de corte y la adhesión de viruta |
Velocidad de corte | 20–50 m/min | Reduce el calor y el desgaste de la herramienta |
Avance | 0.08–0.20 mm/rev | Mantiene el espesor de viruta |
Refrigerante | Emulsión a alta presión ≥100 bar | Mejora la refrigeración y la evacuación de virutas |
Parámetros de corte del Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grado 7) (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 7
Prensado Isostático en Caliente (HIP) elimina vacíos internos y mejora la resistencia mecánica y la vida a fatiga en componentes estructurales de turbina.
Tratamiento térmico mejora la resistencia a la fluencia y la estabilidad de fase mediante envejecimiento a 550–650°C durante 2–8 horas.
Soldadura de superaleaciones permite uniones seguras en sistemas a presión y conjuntos aeroespaciales utilizando aportes compatibles Ti-6-2-4-6.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) protege las piezas Grado 7 frente a la oxidación térmica y la exposición a la llama en motores y reactores.
Mecanizado CNC permite la fabricación de alta tolerancia de anillos de turbina, conductos y componentes de la sección caliente con precisión de hasta ±0.01 mm.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) garantiza precisión en características complejas y piezas de pared delgada sin inducir zonas afectadas por el calor.
Taladrado profundo logra altas relaciones L/D para canales de refrigeración, con rectitud del taladro <0.3 mm/m y Ra ≤ 1.6 µm.
Ensayos de materiales incluyen SEM, ensayos de fluencia, END ultrasónica y evaluaciones de estabilidad de fase para cumplir especificaciones de las industrias aeroespacial y energética.
Ensayos y análisis de materiales
La validación incluye ensayos mecánicos a temperaturas elevadas, análisis de rotura por fluencia, XRD para evaluación de fases e inspección completa por ultrasonidos o corrientes inducidas según estándares aeroespaciales.
Aplicaciones industriales del Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grado 7)
Aeroespacial: Se utiliza en anillos de turbina, revestimientos de postcombustión y carcasas de motores a reacción expuestas a extremos térmicos.
Generación de energía: Ideal para tuberías de alta temperatura, álabes y herrajes de sistemas de combustible.
Defensa: Componentes como campanas de escape, piezas de misiles y fijaciones estructurales por su resistencia al calor y alta resistencia.
Equipos industriales: Aplicado en entornos corrosivos y de ciclos térmicos como hornos, intercambiadores de calor y recipientes a presión.
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