La aleación de titanio se refiere a una variedad de metales de aleación hechos de titanio y otros metales. El titanio es un metal estructural importante desarrollado en la década de 1950. La aleación de titanio tiene alta resistencia, buena resistencia a la corrosión y alta resistencia al calor. En las décadas de 1950 y 1960, el enfoque principal estuvo en el desarrollo de aleaciones de titanio de alta temperatura para motores de aeronaves y aleaciones de titanio estructural para carrocerías de aeronaves.
En la década de 1970 se desarrollaron varias aleaciones de titanio resistentes a la corrosión. Desde la década de 1980, se han seguido desarrollando aleaciones de titanio resistentes a la corrosión y aleaciones de titanio de alta resistencia. Las aleaciones de titanio se utilizan principalmente para fabricar piezas de compresores de motores de aeronaves, seguidas de cohetes, misiles y piezas estructurales de aeronaves de alta velocidad.
El titanio es un nuevo tipo de metal. Sus propiedades están relacionadas con el contenido de impurezas de carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, etc. El yoduro de titanio más puro tiene un contenido de impurezas de no más del 0,1%, pero su resistencia es baja y su plasticidad es alta. Las propiedades del titanio industrial puro al 99,5% son: densidadρ =4.5 g/cm 3 , punto de fusión 1725 grados, conductividad térmicaλ =15.24W/(mK), resistencia a la tracción σb=539MPa, elongación δ=25%, contracción de la sección ψ=25%, módulo elástico E=1.078×105MPa, dureza HB195.
Alta resistencia
Tabla comparativa de rendimiento de varios materiales metálicos
La densidad de la aleación de titanio es generalmente de alrededor de 4,51 g/cm3, que es solo el 60% de la del acero. Algunas aleaciones de titanio de alta resistencia superan la resistencia de muchos aceros estructurales de aleación. Por lo tanto, la resistencia específica (resistencia/densidad) de la aleación de titanio es mucho mayor que la de otros materiales estructurales metálicos, y se pueden fabricar piezas con alta resistencia unitaria, buena rigidez y peso ligero. Los componentes de los motores de aeronaves, los marcos, los revestimientos, los sujetadores y el tren de aterrizaje utilizan aleaciones de titanio.
Alta resistencia térmica
La temperatura de uso es varios cientos de grados más alta que la de la aleación de aluminio. Aún puede mantener la resistencia requerida a temperatura media y puede funcionar durante mucho tiempo a 450-500 grados. Estos dos tipos de aleaciones de titanio aún tienen una alta resistencia específica en el rango de 150 grados a 500 grados, mientras que la resistencia específica de la aleación de aluminio disminuye significativamente a 150 grados. La temperatura de trabajo de la aleación de titanio puede alcanzar los 500 grados, mientras que la de la aleación de aluminio es inferior a 200 grados.
Buena resistencia a la corrosión.
Las aleaciones de titanio funcionan en atmósferas húmedas y en agua de mar, y su resistencia a la corrosión es mucho mejor que la del acero inoxidable. Son particularmente resistentes a las picaduras, la corrosión ácida y la corrosión bajo tensión. Tienen una excelente resistencia a la corrosión por álcalis, cloruros, sustancias orgánicas cloradas, ácido nítrico, ácido sulfúrico, etc. Sin embargo, el titanio tiene una resistencia a la corrosión deficiente en medios reductores de oxígeno y sales de cromo.
Buen rendimiento a bajas temperaturas.
Propiedades mecánicas a temperaturas bajas y ultrabajas. Las aleaciones de titanio con buenas propiedades a bajas temperaturas y elementos intersticiales extremadamente bajos, como TA7, aún pueden mantener cierta plasticidad a -253 grado. Por lo tanto, las aleaciones de titanio también son un material estructural importante a bajas temperaturas.
Alta actividad química
Productos de aleación de titanio
El titanio tiene una alta actividad química y reacciona fuertemente con O2, N2, H2, CO, CO2, vapor de agua, amoniaco, etc. en la atmósfera. Cuando el contenido de carbono es mayor que 0.2%, se formará TiC duro en la aleación de titanio; cuando la temperatura es alta, también formará una capa superficial dura de TiN cuando reaccione con N; por encima de 600 grados, el titanio absorbe oxígeno para formar una capa endurecida con alta dureza; cuando el contenido de hidrógeno aumenta, también se formará una capa quebradiza. La capa superficial dura y quebradiza producida por la absorción de gas puede alcanzar una profundidad de 0,1 a 0,15 mm, y el grado de endurecimiento es del 20% al 30%. El titanio también tiene una alta afinidad química y es propenso a adherirse a la superficie de fricción.
Baja conductividad térmica
usar
La aleación de titanio tiene alta resistencia y baja densidad, buenas propiedades mecánicas, buena tenacidad y resistencia a la corrosión. Además, la aleación de titanio tiene un rendimiento de proceso deficiente, es difícil de cortar y es muy fácil absorber impurezas como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y carbono durante el procesamiento en caliente. También tiene poca resistencia al desgaste y un proceso de producción complejo. La producción industrial de titanio comenzó en 1948. Las necesidades del desarrollo de la industria de la aviación han llevado al desarrollo de la industria del titanio a una tasa de crecimiento anual promedio de alrededor del 8%. La producción anual de materiales de procesamiento de aleaciones de titanio en el mundo ha alcanzado más de 40,000 toneladas, y hay casi 30 grados de aleación de titanio. Las aleaciones de titanio más utilizadas son Ti-6Al-4V (TC4), Ti-5Al-2.5Sn (TA7) y titanio puro industrial (TA1, TA2 y TA3). Las aleaciones de titanio se utilizan principalmente para fabricar piezas de compresores de motores de aeronaves, seguidas de cohetes, misiles y piezas estructurales de aeronaves de alta velocidad. A mediados de la década de 16, el titanio y sus aleaciones se han utilizado en la industria en general para fabricar electrodos para la industria electrolítica, condensadores para centrales eléctricas, calentadores para la refinación de petróleo y la desalinización de agua de mar, y dispositivos de control de la contaminación ambiental. El titanio y sus aleaciones se han convertido en un material estructural resistente a la corrosión. También se utiliza para producir materiales de almacenamiento de hidrógeno y aleaciones con memoria de forma.
