Aleación de titanio TA2
Introducción a la aleación de titanio TA2
La aleación de titanio TA2, también conocida como titanio Grado 2, es un titanio comercialmente puro con una resistencia ligeramente superior a la TA1, manteniendo al mismo tiempo una excelente resistencia a la corrosión y conformabilidad. Se utiliza ampliamente en aplicaciones que requieren resistencia moderada, soldabilidad superior y durabilidad en entornos corrosivos.
TA2 es especialmente adecuada para componentes de precisión en las industrias aeroespacial, de procesamiento químico, marina y médica. Su rendimiento bajo presión y su alta estabilidad térmica la hacen ideal para fabricar piezas de titanio mecanizadas por CNC que requieren tolerancias estrictas y una larga vida útil. TA2 se produce con frecuencia utilizando servicios de mecanizado CNC para un procesamiento preciso y eficiente.
Propiedades químicas, físicas y mecánicas de la aleación de titanio TA2
Composición química (típica)
Elemento | Rango de composición (peso %) | Función principal |
|---|---|---|
Titanio (Ti) | Balance (≥98.5) | Proporciona resistencia a la corrosión e integridad estructural |
Oxígeno (O) | ≤0.25 | Mejora la resistencia con una pérdida mínima de ductilidad |
Nitrógeno (N) | ≤0.03 | Aumenta las propiedades a tracción y la dureza |
Carbono (C) | ≤0.08 | Controla el crecimiento de grano y la resistencia mecánica |
Hierro (Fe) | ≤0.3 | Elemento residual que afecta la soldabilidad y la tenacidad |
Hidrógeno (H) | ≤0.015 | Debe controlarse para evitar fragilización |
Propiedades físicas
Propiedad | Valor (típico) | Norma/condición de ensayo |
|---|---|---|
Densidad | 4.51 g/cm³ | ASTM B311 |
Rango de fusión | 1660–1670°C | ASTM E1268 |
Conductividad térmica | 16.4 W/m·K a 100°C | ASTM E1225 |
Resistividad eléctrica | 0.46 µΩ·m a 20°C | ASTM B193 |
Expansión térmica | 8.9 µm/m·°C (20–1000°C) | ASTM E228 |
Capacidad calorífica específica | 545 J/kg·K a 20°C | ASTM E1269 |
Módulo elástico | 103 GPa a 20°C | ASTM E111 |
Propiedades mecánicas (condición recocida)
Propiedad | Valor (típico) | Norma de ensayo |
|---|---|---|
Resistencia a la tracción | 345–485 MPa | ASTM E8/E8M |
Límite elástico (0.2%) | 275–410 MPa | ASTM E8/E8M |
Elongación | ≥20% | ASTM E8/E8M |
Dureza | 160–200 HB | ASTM E10 |
Resistencia a la fluencia | Moderada | ASTM E139 |
Resistencia a la fatiga | Buena | ASTM E466 |
Características clave de la aleación de titanio TA2
Resistencia mejorada a la corrosión: TA2 ofrece una resistencia excepcional al agua salada, a medios ácidos y alcalinos. Forma una película de óxido densa (TiO₂), lo que la hace adecuada para reactores químicos, intercambiadores de calor marinos y tubos de condensador.
Resistencia moderada y excelente ductilidad: Con una resistencia a la tracción de hasta 485 MPa y elongación ≥20%, TA2 equilibra conformabilidad y resistencia, lo que permite embutición profunda y conformado en frío en geometrías complejas.
Soldabilidad superior: TA2 presenta baja contaminación por intersticiales y alta resistencia a la fragilización durante la soldadura por fusión. Esto la hace ideal para recipientes a presión, sistemas de tuberías y bastidores soldados en equipos aeroespaciales y médicos.
Biocompatibilidad: La aleación no es tóxica y es altamente compatible con los tejidos humanos, lo que la convierte en un material preferente para implantes quirúrgicos y herrajes dentales.
Desafíos y soluciones de mecanizado CNC para la aleación de titanio TA2
Desafíos de mecanizado
Acumulación de calor: Debido a una conductividad térmica inferior a la del acero (~16.4 W/m·K), las zonas de corte alcanzan rápidamente altas temperaturas, incrementando el desgaste de la herramienta.
Adhesión de herramienta y agarrotamiento: El titanio TA2 se adhiere a los filos de corte a temperaturas elevadas, formando filos recrecidos que dañan el acabado superficial.
Recuperación elástica: El módulo elástico de TA2 (103 GPa) provoca “spring back” durante las pasadas de acabado, haciendo más difícil mantener la precisión dimensional.
Endurecimiento por deformación moderado: TA2 se endurece bajo la presión de la herramienta, por lo que se requiere una evacuación constante de viruta para evitar el endurecimiento superficial.
Estrategias de mecanizado optimizadas
Selección de herramientas
Parámetro | Recomendación | Justificación |
|---|---|---|
Material de la herramienta | Carburo micrograno, insertos CBN | Combate el calor y el endurecimiento por deformación |
Recubrimiento | TiSiN, AlTiN (3–5 µm) | Minimiza la adhesión, mejora la barrera térmica |
Geometría | Filo afilado, alto ángulo de desprendimiento, baja hélice | Reduce la fuerza de corte y evita el agarrotamiento |
Velocidad de corte | 30–80 m/min | Equilibrada para acabado superficial y vida de herramienta |
Avance | 0.08–0.25 mm/rev | Garantiza espesor de viruta para disipación de calor |
Refrigerante | Emulsión a alta presión (≥80 bar) | Mejora la extracción de calor y la evacuación de viruta |
Parámetros de corte para titanio TA2 (cumplimiento ISO 3685)
Operación | Velocidad (m/min) | Avance (mm/rev) | Profundidad de corte (mm) | Presión del refrigerante (bar) |
|---|---|---|---|---|
Desbaste | 20–30 | 0.15–0.25 | 2.0–3.0 | 70–100 (a través de la herramienta) |
Acabado | 35–60 | 0.05–0.10 | 0.3–0.5 | 100–150 |
Tratamiento superficial para piezas de titanio TA2
Prensado isostático en caliente (HIP) puede mejorar la resistencia a la fatiga eliminando microvacíos y aumentando la densidad en piezas estructurales TA2 críticas.
Tratamiento térmico de TA2 incluye el recocido de alivio de tensiones a 540–650°C para mejorar la estabilidad dimensional y el rendimiento de mecanizado.
Soldadura de superaleaciones proporciona soldaduras de alta resistencia con mínima distorsión, ideal para conjuntos de pared delgada y alta presión.
Recubrimiento de barrera térmica (TBC) protege las piezas TA2 en entornos térmicamente extremos, reduciendo la oxidación superficial y la fatiga térmica.
Mecanizado CNC se requiere para lograr tolerancias submilimétricas y geometrías complejas en componentes TA2 de grado industrial y aeroespacial.
Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es útil para producir características de tolerancia estricta y microagujeros en piezas TA2 endurecidas sin introducir tensiones mecánicas.
Taladrado profundo asegura una rectitud <0.3 mm/m y un excelente acabado de pared interna (Ra ≤ 1.6 µm), adecuado para canales de flujo e inyectores TA2.
Ensayos de materiales como tracción, XRD y SEM garantizan la conformidad con estándares de calidad aeroespacial y de grado médico para TA2.
Ensayos y análisis de materiales
Los protocolos de ensayo para TA2 incluyen ensayos mecánicos (tracción, fatiga, dureza), análisis metalográfico y evaluación no destructiva (END), como ensayos ultrasónicos e inspección por corrientes inducidas para asegurar la integridad de la pieza.
Aplicaciones industriales de la aleación de titanio TA2
Aeroespacial: Se utiliza en tanques de combustible, soportes y conductos ambientales por su resistencia y resistencia a la corrosión.
Procesamiento químico: Se fabrica en reactores, bombas y tuberías para ácidos gracias a su excelente resistencia a agentes oxidantes y reductores.
Médico: Implantes, placas ortopédicas y herramientas quirúrgicas que exigen pureza, biocompatibilidad y bajo módulo.
Marino: Componentes como fijaciones, intercambiadores de calor y tubos de desalinización expuestos a agua salada y salmueras.
Generación de energía: Se emplea en condensadores, depuradores y sistemas de escape donde existe exposición a cloruros y ácidos.
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