Ti-7Al
Introducción a Ti-7Al
Ti-7Al, también conocida como Titanio-7Aluminio, es una aleación de titanio casi alfa desarrollada para aplicaciones estructurales de alta temperatura que requieren estabilidad a largo plazo, excelente resistencia a la fluencia y mayor resistencia a la oxidación. El alto contenido de aluminio promueve la estabilidad de fase y la retención de resistencia a temperaturas elevadas, lo que la hace ideal para entornos aeroespaciales, marinos y de generación de energía.
Ti-7Al se procesa normalmente en condición recocida o tratada en solución, lo que permite fabricarla en piezas de titanio mecanizadas por CNC de alta precisión. Estas piezas se producen con alta exactitud y consistencia mediante servicios de mecanizado CNC, especialmente para componentes de compresores de aeronaves, piezas de la sección caliente del motor y entornos oxidantes.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de Ti-7Al
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (wt.%) | Función clave |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance | Matriz base con resistencia a la corrosión y a la oxidación |
Aluminio (Al) | 6.5–7.5 | Estabilizador alfa que incrementa la resistencia a alta temperatura |
Oxígeno (O) | ≤0.15 | Refuerza la aleación; debe controlarse para mantener la ductilidad |
Carbono (C) | ≤0.08 | Elemento residual |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Controlado para evitar fragilización |
Nitrógeno (N) | ≤0.03 | Residual menor |
Hierro (Fe) | ≤0.25 | Elemento residual |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.48 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 | 1.65 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.4 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 560 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 116 GPa | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición recocida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 830–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 780–850 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥12% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 270–300 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Excelente hasta 500°C | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Alta | ASTM E466 |
Características clave de Ti-7Al
Resistencia a alta temperatura: Mantiene una excelente integridad mecánica por encima de 450°C, adecuada para motores y estructuras aeroespaciales de alto rendimiento.
Resistencia sobresaliente a la oxidación: El alto contenido de Al ayuda a formar una película estable de nanopartículas TiO₂–Al₂O₃, proporcionando resistencia al descascarillado térmico.
Excelente comportamiento a la fluencia: Ti-7Al ofrece estabilidad dimensional y mecánica a largo plazo bajo cargas sostenidas a temperaturas elevadas.
Buena soldabilidad: Puede soldarse por fusión con el apantallamiento adecuado de gas inerte y tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Desafíos y soluciones del mecanizado CNC para Ti-7Al
Desafíos de mecanizado
Endurecimiento por deformación: La aleación tiende a endurecerse durante el mecanizado, lo que hace que las pasadas sucesivas sean más difíciles sin avances adecuados.
Baja conductividad térmica: La acumulación de calor cerca de la zona de corte incrementa el riesgo de daño térmico y acorta la vida útil de la herramienta.
Recuperación elástica: El retroceso elástico debido a un módulo moderado afecta las tolerancias dimensionales en operaciones de acabado.
Dureza de la superficie oxidada: Las superficies tratadas térmicamente u oxidadas son abrasivas y pueden aumentar el desgaste de la herramienta.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de herramienta | Carburo de grano fino o CBN | Proporciona alta resistencia al desgaste térmico y abrasivo |
Recubrimiento | AlTiN o TiCN | Mejora la resistencia al calor y reduce la fricción de la herramienta |
Geometría | Ángulo de desprendimiento positivo, filo honed | Reduce la fuerza de corte y mitiga la adhesión de viruta |
Velocidad de corte | 20–45 m/min | Controla los efectos térmicos y la calidad superficial |
Avance | 0.10–0.20 mm/rev | Garantiza una evacuación eficiente de viruta y buen acabado superficial |
Refrigerante | Emulsión de alta presión ≥100 bar | Esencial para el control de calor y viruta |
Parámetros de corte de Ti-7Al (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 | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio Ti-7Al
Prensado Isostático en Caliente (HIP) mejora la resistencia a la fatiga y densifica las microestructuras, crítico para hardware de turbinas aeroespaciales.
Tratamiento térmico incluye tratamientos de recocido o envejecimiento a 700–850°C para mejorar el comportamiento a la fluencia y la relajación de tensiones.
Soldadura de superaleaciones permite uniones soldadas de alta resistencia bajo protección inerte, seguida de tratamiento térmico para consistencia mecánica.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) mejora la resistencia térmica para carcasas de motores y entornos oxidantes.
Mecanizado CNC garantiza una producción de tolerancia estricta para aplicaciones aeroespaciales y de defensa de precisión.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) permite geometrías ultraprecisas en secciones difíciles de mecanizar.
Taladrado profundo permite la creación de canales largos con L/D >30:1 y acabado superficial ≤1.6 µm.
Ensayos de materiales incluyen validación de fluencia y tracción, examen microestructural e inspección ultrasónica de defectos.
Ensayos y análisis de materiales
Los componentes Ti-7Al se verifican mediante ensayos de rotura por fluencia, evaluaciones de propiedades a tracción, XRD para identificación de fases, imágenes SEM y ensayos ultrasónicos de acuerdo con estándares de calidad aeroespacial.
Aplicaciones industriales de Ti-7Al
Aeroespacial: Estatores de motor, anillos de compresor y fijaciones de la sección caliente que requieren resistencia a la oxidación y a la fluencia.
Generación de energía: Álabes de turbina de vapor y pernos estructurales bajo cargas térmicas sostenidas.
Equipos industriales: Componentes para utillaje de alta temperatura, reactores térmicos y ejes rotativos.
Defensa: Soportes de defensa aeroespacial y estructuras de propulsión expuestas a temperaturas altas fluctuantes.
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