Sobre el titanio se habla mucho pero por desgracia es uno de los ampliamente difamados y mal conocidos. Así pues hoy trataremos de arrojar luz sobre este amigo de la aeronáutica y de las prótesis biomedicinales.
El Titanio “Puro”
La elevada reactividad del titanio dificulta la obtención del metal puro por lo que en aplicaciones comerciales se trabaja con titanio denominado comercialmente puro, con diferentes niveles de impurezas en su composición. De este modo, el titanio comercialmente puro contiene entre 98.635 y 99.5% en peso de titanio.
En la siguiente tabla se definen los diversos grados de titanio comercialmente puro en función del contenido de elementos intersticiales, los cuales influyen sobre la resistencia mecánica y la tenacidad del metal. Es destacable que el aumento del contenido en hierro empeora la resistencia del metal a la corrosión.
TABLA 1: Grados de Ti comercialmente puro. Valores medios de productos forjados y recocidos.
Aleaciones de Titanio.
El titanio sin alear tiene una estructura hexagonal compacta (fase α), que a los 885 ºC cambia a una estructura cúbica (fase β) centrada en el cuerpo, que se mantiene hasta la temperatura de fusión.
Efectos de los elementos de aleación:
El principal efecto de los elementos de aleación en las aleaciones de titanio, es la modificación de la temperatura de transformación. De esta manera, los elementos de aleación se clasifican en:
α –estabilizadores, que elevan la temperatura de transformación, y
β –estabiliz adores que hacen que descienda.
A continuación se muestra una tabla resumen de algunos de los elementos de aleación del titanio en porcentaje y el efecto que provocan en el metal.
TABLA 2: Estabilizadores en las aleaciones de titanio.
– α –estabilizadores:
Son los elementos de aleación que elevan la temperatu ra de transformación de fases. El aluminio es el principal α –estabilizador. El aluminio tiene una gran solubilidad en el titanio y provoca el aumento de la resistencia de la fase α. El resultado de esto es un ligero aumento de la resistencia a temperatura ambiente, pero que se mantiene a temperatura elevada.
Estas aleaciones no son endurecibles mediante tratamientos térmicos y son utilizadas normalmente en estado de recocido, con el fin de eliminar las tensiones residuales originadas por su uso. De este modo, la principal variable de estas aleaciones es el tamaño de grano.
Entre las propiedades más destacables de las aleaciones α se debe señalar una resistencia a tracción a temperatura ambiente entre 540 y 930 MPa, una resistencia mecánica aceptable a altas temperaturas, buen comportamiento frente a fluencia, buena estabilidad térmica hasta temperaturas de alrededor los 550 ºC y una facilidad para la soldadura satisfactorias.
Otros elementos α –estabilizadores son el oxígeno, el estaño, el galio ó el germanio. El nitrógeno o el carbono son también α -estabilizadores pero no suelen ser añadidos intencionadamente.
– β –estabilizadores:
El manganeso, cromo, hierro, molibdeno o niobio hacen que descienda la temperatura de transformación de α a β, y dependiendo de la cantidad añadida pueden ocasionar la retención de algo de fase β a temperatura ambiente.
Las propiedades óptimas de las aleaciones β no se consiguen cuando su estructura esta formada por fase β exclusivamente, sino que éstas se alcanzan al realizar un tratamiento de envejecimiento que provoca la precipitación de finas partículas de α dentro de los granos β.
También se caracterizan por una elevada ductilidad en el trabajo en frío, lo que las hace susceptibles de ser conformadas en frío en estado de recocido. Además se pueden tratar termicamente tras el conformado para elevar su resitencia.
Otros elementos como el circonio no tienen ningún efecto en la temperatura de transformación pero tienen otros efectos en el metal. El circonio incrementa la resistencia a temperaturas bajas y moderadas. Su uso en proporciones del 5 o 6 % pueden reducir la ductilidad y la resistencia a fluencia.
Las fases comentadas anteriormente además proporcionan una forma conveniente para la clasificación de los productos. De esta forma, basándonos en la presencia de estas fases, hablamos de las aleaciones de titanio como aleaciones α , β , ó α + β .
Se muestra a continuación un resumen de las propiedades de las aleaciones dependiendo del tipo de éstas:
TABLA 3: Diagrama cualitativo de las aleaciones de titanio en función de sus estabilizadores.
Normativa de clasificación de las aleaciones de titanio.
Una vez conocidas los principales aleantes (estabilizadores), pasamos a describir cómo organizan las diferentes normativas a estas aleaciones.
Norma UNE 38-700-81: Titanio y aleaciones de titanio para forja.
Esta norma tiene por objeto establecer los criterios generales que afectan al titanio y sus aleaciones para forja, así como las formas que se ocupan de los mismos. De acuerdo con la norma más general UNE 38-001, dichas aleaciones constituyen la Serie L-7XXX, que se clasifica en grupos atendiendo al tipo de estructura de las aleaciones. De esta forma se tienen 5 grupos:
TABLA 4: Principales grupos de aleaciones de titanio en la norma UNE.
La designación de las aleaciones consideradas dentro de cada grupo son las siguientes, acompañadas por el número de norma UNE específica correspondiente a cada una. Tanto la designación numérica como la simbólica deber ser complementada añadiéndole la norma que define la aleación correspondiente.
TABLA 5: Desglose de las aleaciones de titanio en la norma UNE.
Norma ASTM
Dentro de la normativ a ASTM hay dos normas que recogen lo referente al titanio y sus aleaciones. Dichas normas son la: B 381-05 y la B 367-05.
– B 381-05. Standard specification for Titanium and Titanium Alloy Forgings. (Titanio y aleaciones de Titanio para forja)
Esta norma recoge las especificaciones para los siguientes grados de titanio y aleaciones parar forja:
TABLA 6: Grados en que se dividen las aleaciones de titanio para forja en la norma ASTM.
– B 367-05. Standard specification for Titanium and Titanium Alloy Casting. (Titanio y aleaciones de Titanio para colada)
Esta norma incluye la información correspondiente al titanio y sus aleaciones para colada, diseñadas para aplicaciones industriales, designadas según los siguientes grados:
TABLA 7: Grados en que se dividen las aleaciones de titanio para colada en la norma ASTM.
Así, con este pequeño resumen, esperamos haber despejado algunas dudas básicas sobre aleaciones de titanio y su normativa de clasificación y registro.
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