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Propiedades, calificaciones y aplicaciones de titanio

Vistas:0     Autor:Editor del sitio     Hora de publicación: 2022-11-28      Origen:Sitio

En general, fase β titanio es la fase más dúctil, mientras que la fase α es más fuerte pero menos dúctil, debido al mayor número de planos deslizantes en la estructura BCC de la fase β en comparación con la fase α de HCP. El titanio de fase α-β tiene propiedades mecánicas en el medio.El dióxido de titanio se disuelve en metales a altas temperaturas y su formación es muy dinámico. Estos dos factores significan que todos, excepto el titanio más cuidadosamente purificado, contienen una cantidad significativa de oxígeno disuelto y, por lo tanto, pueden considerarse una aleación de Ti-O. Los precipitados de óxido proporcionan cierta fuerza (como arriba) pero no responda bien al tratamiento térmico y puede reducir en gran medida la dureza de la aleación.Muchas aleaciones también contienen titanio como un pequeño aditivo, pero dado que las aleaciones generalmente se clasifican de acuerdo con los elementos que componen la mayor parte del material, generalmente no se consideran "aleaciones de titanio ".

El titanio solo es un metal ligero fuerte. Es más fuerte que el acero suave ordinario, pero pesa un 45% menos. También es el doble de aleaciones de aluminio más débiles, pero solo un 60% más pesado. El titanio tiene una excelente resistencia a la corrosión al agua de mar, por lo que se usa en ejes de hélice, aparejos y otras partes de botes expuestas al agua de mar. El titanio y sus aleaciones se usan en aviones, misiles y cohetes donde la resistencia al peso ligero y la alta resistencia a la temperatura son importantes. Además, porque el titanio no reacciona en el cuerpo humano, el titanio y sus aleaciones se pueden usar en articulaciones artificiales, tornillos, placas. para fracturas y otros implantes biológicos.

Grados de titanio Titanio pulverizando el objetivo-Tirongmetal

El estándar internacional ASTM para tubos sin problemas para las aleaciones de titanio y titanio cita las siguientes aleaciones y requiere los siguientes tratamientos:

"Las aleaciones se pueden suministrar de la siguiente manera: Grados 5, 23, 24, 25, 29, 35, o 36 recocidos o envejecidos; Grados 9, 18, 28 o 38 Trabajado en frío y estrés aliviado o recocido; Grados 9, 18, 18, 18, 23, 28 o 29 condiciones de transformación beta; y 19, 20 o 21 grados de tratamiento de solución o tratamiento de solución y envejecimiento. "

"Nota 1: la clase H los materiales son idénticos a los grados numéricos correspondientes (es decir, clase 2H = clase 2), excepto por un UTS mínimo garantizado más alto, y siempre se puede demostrar que cumple con los requisitos de sus calificaciones numéricas correspondientes. Class 2H , 7h, 16h y 26h se utilizan principalmente en los vasos a presión. ""La clase H se agregó a solicitud de asociaciones de usuarios basadas en un estudio de más de 5,200 informes de prueba de clase 2, 7, 16 y 26, de los cuales más del 99% cumplió con un UTS mínimo de 58 ksi. "

Nivel 1

Es la aleación de titanio más dúctil y más suave. Es una buena solución para formación en frío y entornos corrosivos. ASTM/ASME SB-265 proporciona estándares para la lámina y la placa comercialmente puros.

2do. grado

Titanio puro, oxígeno estándar.

Nivel de 2H

Titanio sin aliento (grado 2, Mínimo UTS 58 KSI).

Tercer grado

Titanio sin alear, oxígeno medio.

Los grados 1-4 son sin alquiler y se consideran comercialmente puros o "cp ". Por lo general, la tracción y las fuerzas de rendimiento de estos grados "puros " aumentan con el grado. La diferencia en sus propiedades físicas se debe principalmente a la cantidad de elementos intersticiales. Se utilizan en aplicaciones resistentes a la corrosión donde el costo, la facilidad de fabricación y la soldadura son importantes.El grado 5 también se conoce como Ti6al4v, Ti-6Al-4V o Ti 6-4.No debe confundirse con TI-6Al-4V-ELI (Grado 23), que es la aleación más utilizada. La composición química es 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0.25% (máximo) de hierro, 0.2% (máximo) oxígeno , y el balance de titanio. es mucho más fuerte que el titanio comercialmente puro (grados 1-4), mientras que tiene la misma rigidez y propiedades térmicas (excluyendo la conductividad térmica, el grado 5 TI es aproximadamente 60% más bajo que CP Ti). Ventajas, es tratable térmicamente. Este grado es una excelente combinación de resistencia, resistencia a la corrosión, soldabilidad y maquinabilidad."Esta aleación alfa-beta es la aleación de caballos de batalla de la industria del titanio. La aleación es completamente tratable térmicamente en dimensiones transversales de hasta 15 mm y puede usarse a temperaturas de alrededor de 400 ° C (750 ° F). La aleación más utilizada: más del 70% de los grados de aleación derretidos son subgrados de TI6Al4V, su uso cubre muchos usos de componentes de fuselaje aeroespacial y del motor, especialmente las principales aplicaciones no autospaciales en las industrias de generación marina, marina y de potencia ". "Aplicaciones: cuchillas, discos, anillos, fuselajes, sujetadores, componentes. Vensas, carcasas, centros, perdidas. Implantes biomédicos. "Por lo general, TI-6Al-4V se usa para aplicaciones de hasta 400 grados Celsius. Tiene una densidad de aproximadamente 4420 kg/m3, el módulo de un joven de 120 GPa y una resistencia a la tracción de 1000 MPa. Una densidad de 8000 kg/m3, un módulo de 193 GPa y una resistencia a la tracción de 570 MPa. La aleación de aluminio 6061 templada tiene una densidad de 2700 kg/m3, un módulo de 69 GPA y una resistencia a la tracción de 310 MPa.

Las especificaciones estándar TI-6Al-4V incluyen:

AMS: 4911, 4928, 4965, 4967, 6930, 6931, T-9046, T9047

ASTM: B265, B348, F1472

Militar: T9046 T9047

DIRECTO DIRECTO: 1592, 1570

Grado 6

Contiene 5% de aluminio y 2.5% de estaño. También se conoce como TI-5Al-2.5SN. Esta aleación se usa en aviones y motores a reacción debido a su buena soldabilidad, estabilidad y resistencia a altas temperaturas.

Séptimo grado

Contiene 0.12 a 0.25% de paladio. Este nivel es similar al nivel 2. La pequeña cantidad de paladio agregada hace que sea más resistente a la corrosión de la grieta a baja temperatura y pH alto.

7h clase

Igual que el grado 7 con resistencia a la corrosión mejorada.

Noveno grado

Contiene 3.0% de aluminio y 2.5% de vanadio. Este grado es un compromiso entre la facilidad de soldadura y la fabricación de "puro " y la alta resistencia del grado 5. Se usa comúnmente en tubos de aeronaves para sistemas hidráulicos y equipos deportivos.

Grado 11

Contiene 0.12 a 0.25% de paladio. Este grado ha mejorado la resistencia a la corrosión.

Grado 12

Contiene 0.3% de molibdeno y 0.8% de níquel.

Grados 13, 14 y 15

Ambos contienen 0.5% de níquel y 0.05% de rutenio.

Grado 16

Contiene 0.04 a 0.08% de paladio. Este grado tiene una mayor resistencia a la corrosión.

Clase de 16 h

Contiene 0.04 a 0.08% de paladio.

Grado 17

Contiene 0.04 a 0.08% de paladio. Este grado tiene una mayor resistencia a la corrosión.

Grado 18

Contiene 3% de aluminio, 2.5% de vanadio y 0.04 a 0.08% de paladio. Este grado es idéntico al grado 9 en términos de características mecánicas. El paladio agregado lo hace más resistente a la corrosión.

Grado 19

Contiene 3% de aluminio, 8% de vanadio, 6% de cromo, 4% de circonio y 4% de molibdeno.

20º grado

Contiene 3% de aluminio, 8% de vanadio, 6% de cromo, 4% de circonio, 4% de molibdeno y 0.04% a 0.08% de paladio.

Grado 21

Contiene 15% de molibdeno, 3% de aluminio, 2.7% de niobio y 0.25% de silicio.

El grado 23 también se conoce como TI-6AL-4V-ELI o TAV-ELI

Contiene 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0.13% (máximo) oxígeno. Eli representa un intersticial extra bajo. La reducción de los elementos intersticiales oxígeno y hierro aumenta la ductilidad y la dureza de la fractura al tiempo que reduce la resistencia. Tav-Eli es la aleación de titanio de grado médico más utilizado.

Las especificaciones estándar TI-6Al-4V-ELI incluyen:

AMS: 4907, 4930, 6932, T9046, T9047

ASTM: B265, B348, F136

Militar: T9046 T9047

Grado 24

Contiene 6% de aluminio, 4% de vanadio y 0.04% a 0.08% de paladio.

Grado 25

Contiene 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0.3% a 0.8% de níquel y 0.04% a 0.08% de paladio.

Grados 26, 26h y 27

Ambos contienen 0.08 a 0.14% de rutenio.

Grado 28

Contiene 3% de aluminio, 2.5% de vanadio y 0.08 a 0.14% de rutenio.

Grado 29

Contiene 6% de aluminio, 4% de vanadio y 0.08 a 0.14% de rutenio.

Grados 30 y 31

Contiene 0.3% de cobalto y 0.05% de paladio.

Grado 32

Contiene 5% de aluminio, 1% de estaño, 1% de circonio, 1% de vanadio y 0.8% de molibdeno.

Grados 33 y 34

Contiene 0.4% de níquel, 0.015% de paladio, 0.025% de rutenio y 0.15% de cromo. [Cita necesaria]

Grado 35

Contiene 4.5% de aluminio, 2% de molibdeno, 1.6% de vanadio, 0.5% de hierro y 0.3% de silicio.

Grado 36

Contiene 45% de niobio.

Grado 37

Contiene 1.5% de aluminio.

Grado 38

Contiene 4% de aluminio, 2.5% de vanadio y 1.5% de hierro. Este grado se desarrolló en la década de 1990 para su uso como armadura. El hierro reduce la cantidad de vanadio necesaria como estabilizador beta. Las propiedades mecánicas son muy similares al grado 5, pero tiene una buena trabajabilidad en frío similar al grado 9.

Tratamiento térmico

Las aleaciones de titanio se tratan térmicamente por varias razones, principalmente para aumentar la resistencia a través del tratamiento de la solución y el envejecimiento y para optimizar propiedades especiales como la tenacidad a la fractura, la resistencia a la fatiga y la resistencia a la fluencia de alta temperatura.Las aleaciones alfa y casi alfa no se pueden alterar significativamente por el tratamiento térmico. El alivio y el recocido de estrés son procesos que pueden usarse para tales aleaciones de titanio. Los ciclos de tratamiento térmico para las aleaciones beta son muy diferentes de los de las aleaciones alfa y alfa-beta. Las aleaciones no solo pueden ser aliviadas o recocidas del estrés, sino también en la solución tratadas y envejecidas. Las aleaciones alfa-beta son aleaciones de fase dual que contienen fases alfa y beta a temperatura ambiente. La composición de fase, tamaño y distribución en aleaciones α-β se puede controlar dentro de ciertos límites mediante el tratamiento térmico, permitiendo la adaptación de las propiedades.

Alfa y aleaciones alfa cercanas

La microestructura de la aleación α no puede controlarse fuertemente por el tratamiento térmico porque las aleaciones α no sufren una transformación de fase significativa. Como resultado, las aleaciones α no pueden lograr una alta resistencia a través del tratamiento térmico. aliviado y recocido.

aleación α-β

Se pueden lograr grandes cambios microestructurales mediante el mecanizado y el tratamiento térmico de las aleaciones alfa-beta debajo o por encima de la temperatura de transformación alfa-beta. Esto puede endurecer significativamente el material. El tratamiento de la solución más el envejecimiento se utiliza para desarrollar la máxima resistencia en las aleaciones alfa-beta. Además, se han realizado otros tratamientos térmicos en este grupo de aleaciones de titanio, incluido el tratamiento térmico del alivio del estrés.

Aleaciones beta

En las aleaciones beta comerciales, se pueden combinar los tratamientos de alivio del estrés y envejecimiento.

Solicitud

Estructura aeroespacial

El titanio a menudo se usa en aeroespacial debido a su corrosión y resistencia al calor y una alta relación resistencia a peso. Las aleaciones de titanio son generalmente más fuertes que las aleaciones de aluminio, mientras que son más ligeras que el acero.

Ciencia Biomedica

Las aleaciones de titanio se han utilizado ampliamente en la fabricación de reemplazos de articulaciones ortopédicas metálicas y cirugía de placas óseas. Típicamente se producen a partir de mecanizado forjado o de barra fundida o producción de metalurgia en polvo. Separan cada una de estas tecnologías tiene ventajas y desajusiones inherentes. de material durante el procesamiento en la forma final del producto, mientras que para las muestras de fundición, obtener la forma final del producto limita el procesamiento y el procesamiento posterior (como el endurecimiento por precipitación) hasta cierto punto, pero el material fundido es más eficiente. Metalurgia de polvo tradicional Los métodos también son más eficientes en el material, pero obtener un producto completamente denso puede ser un problema común.Con el advenimiento de la fabricación sólida de forma libre (impresión 3D), la posibilidad de producir implantes biomédicos diseñados a medida, como las articulaciones de la cadera, se ha hecho posible. A pesar de que actualmente no está disponible a gran escala, los métodos de fabricación de forma libre ofrecen la capacidad de reciclar polvo de residuos en polvo (desde el proceso de fabricación) y facilitar la adaptación selectiva de las propiedades deseadas, mejorando así el rendimiento del implante. Fundación del haz de electrones (EBM) y la fusión de láser selectivo (SLM) son dos métodos adecuados para la fabricación de freeforma de aleaciones de titanio. Parámetros de fabricación afectan en gran medida la microestructura de El producto, por ejemplo, la velocidad de enfriamiento rápida en SLM combinada con el bajo grado de fusión conduce a la formación predominante de la fase martensítica α-Major, lo que resulta en un producto muy duro.

TI-6Al-4V / TI-6AL-4V-ELI

La aleación tiene buena biocompatibilidad, no citotoxicidad y genotoxicidad.

Biocompatibilidad: Excelente, especialmente cuando se requiere contacto directo con tejido o hueso. La baja resistencia al corte de TI-6Al-4V lo hace inadecuado para su uso en tornillos o placas de hueso. También tiene propiedades de desgaste de superficie deficientes y tiende a aprovechar cuando se desliza Contacto consigo mismo y otros metales. Los tratamientos de superficie, como la nitruración y la oxidación, pueden mejorar las propiedades de desgaste de la superficie.

TI-6AL-7NB

Esta aleación se desarrolló como una alternativa biomédica a TI-6Al-4V porque TI-6Al-4V contiene vanadio, un elemento que exhibe citotoxicidad cuando se aísla.TI6Al7NB es una aleación especializada de titanio de alta resistencia con excelente biocompatibilidad para su uso en implantes quirúrgicos. Se utiliza para el reemplazo de cadera y se ingresa a la práctica clínica temprano.


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