Nick Connor

Las aleaciones de magnesio son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Debemos agregar que el magnesio puro es altamente inflamable, especialmente cuando se pulveriza o se raspa en tiras delgadas, aunque es difícil de encender en masa o a granel. Produce una luz blanca intensa, brillante cuando arde. Las temperaturas de la llama del magnesio y algunas aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100°C. El magnesio quemado o fundido reacciona violentamente con el agua. Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir, porque la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio), dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono) y agua. La quema de magnesio se puede apagar usando un extintor de incendios químico seco de Clase D. Su inflamabilidad se reduce en gran medida por una pequeña cantidad de calcio en la aleación.

Propiedades de las aleaciones de magnesio

Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas , lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.

Propiedades mecánicas de las aleaciones de magnesio

Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.

Resistencia de las aleaciones de magnesio

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La resistencia máxima a la tracción de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 280 MPa.

La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máximaque puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Límite de elasticidad

El límite elástico de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 145 MPa.

El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidado es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Módulo de Young

El módulo de Young de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 45 GPa.

El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta un esfuerzo limitante, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.

Dureza de las aleaciones de magnesio

La dureza Brinell de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 70 HB.

La prueba de dureza Rockwell  es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el  número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para  mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como  HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.

La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.

Propiedades térmicas de las aleaciones de magnesio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica, la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de magnesio

El punto de fusión de Elektron 21 – UNS M12310 es de alrededor de 550 – 640°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de las aleaciones de magnesio

La conductividad térmica de Elektron 21 – UNS M12310 es 116 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Vea arriba:
Aleaciones de magnesio

Las aleaciones de magnesio son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

Usos de las aleaciones de magnesio – Aplicación

Las aleaciones de magnesio se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones estructurales y no estructurales. Las aplicaciones estructurales incluyen equipos automotrices, industriales, de manipulación de materiales, comerciales y aeroespaciales. Las aleaciones de magnesio se utilizan para piezas que operan a altas velocidades y, por lo tanto, deben ser livianas para minimizar las fuerzas de inercia. Las aplicaciones comerciales incluyen herramientas de mano, computadoras portátiles, equipaje y escaleras, automóviles (por ejemplo, volantes y columnas, armazones de asientos, cajas de transmisión). Magnox (aleación), cuyo nombre es una abreviatura de «magnesio no oxidante», es 99% magnesio y 1% aluminio, y se utiliza en el revestimiento de barras de combustible en reactores de energía nuclear magnox.

Elektron 21 – UNS M12310

En general, Elektron es la marca registrada de una amplia gama de aleaciones de magnesio fabricadas por una empresa británica Magnesium Elektron Limited. Elektron 21, designado por UNS M12310, es una de las aleaciones con excelente resistencia a la corrosión y moldeabilidad. Los productos fundidos poseen una microestructura de grano fino y una hermeticidad a la presión. Esta aleación se puede mecanizar fácilmente. La aplicación incluye deportes de motor y aeroespacial, ya que posee alta resistencia, peso ligero y excelentes características de amortiguación de vibraciones.

Resumen

Composición de Elektron 21 – UNS M12310

Elektron 21 – UNS M12310 si compuesto de magnesio (96%), neodimio (3%) y gadolinio (1%). 

96%

3%

1%

Resistencia de materiales

Elasticidad de materiales

Dureza de los materiales

Punto de fusión de materiales

Conductividad térmica de materiales

Capacidad calorífica de materiales

Vea arriba:
Aleaciones de magnesio

Las aleaciones de magnesio son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Dureza de las aleaciones de magnesio

La dureza Brinell de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 70 HB.

La prueba de dureza Rockwell  es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el  número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para  mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como  HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.

La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.

Vea arriba:
Aleaciones de magnesio

Las aleaciones de magnesio son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Resistencia de las aleaciones de magnesio

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La resistencia máxima a la tracción de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 280 MPa.

La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máximaque puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra,temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Límite de elasticidad

El límite elástico de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 145 MPa.

El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidado es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Módulo de Young

El módulo de Young de Elektron 21 – UNS M12310 es de aproximadamente 45 GPa.

El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta un esfuerzo limitante, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.

Vea arriba:
Aleaciones de magnesio

El titanio es un metal de transición brillante con un color plateado, baja densidad y alta resistencia. El titanio es resistente a la corrosión en agua de mar, agua regia y cloro. En las centrales eléctricas, el titanio se puede utilizar en condensadores de superficie. El metal se extrae de sus principales minerales mediante los procesos Kroll y Hunter. El proceso de Kroll implicó la reducción de tetracloruro de titanio (TiCl4), primero con sodio y calcio, y luego con magnesio, bajo una atmósfera de gas inerte. El titanio puro es más resistente que los aceros comunes con bajo contenido de carbono, pero un 45% más ligero. También es dos veces más fuerte que las aleaciones de aluminio débiles, pero solo un 60% más pesado. Las dos propiedades más útiles del metal son resistencia a la corrosión y relación fuerza-densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. La resistencia a la corrosión del titanio se basa en la formación de una capa de óxido protectora estable. Aunque el titanio «comercialmente puro» tiene propiedades mecánicas aceptables y se ha utilizado para implantes ortopédicos y dentales, para la mayoría de las aplicaciones el titanio se alea con pequeñas cantidades de aluminio y vanadio, típicamente 6% y 4% respectivamente, en peso. Esta mezcla tiene una solubilidad sólida que varía drásticamente con la temperatura, lo que le permite experimentar un fortalecimiento por precipitación.

Las aleaciones de titanio son metales que contienen una mezcla de titanio y otros elementos químicos. Estas aleaciones tienen una resistencia a la tracción y una tenacidad muy altas (incluso a temperaturas extremas). Son livianos, tienen una extraordinaria resistencia a la corrosión y la capacidad de soportar temperaturas extremas.

Tipos de aleaciones de titanio

El titanio existe en dos formas cristalográficas. A temperatura ambiente, el titanio sin alear (comercialmente puro) tiene una estructura cristalina hexagonal compacta (hcp) denominada fase alfa (α). Cuando la temperatura del titanio puro alcanza los 885°C (llamada temperatura β transus del titanio), la estructura cristalina cambia a una estructura bcc conocida como fase beta (β). Los elementos de aleación aumentan o disminuyen la temperatura para la transformación α-a-β, por lo que los elementos de aleación en titanio se clasifican como estabilizadores α o estabilizadores β. Por ejemplo, el vanadio, el niobio y el molibdeno disminuyen la temperatura de transformación de α a β y promueven la formación de la fase β.

• Aleaciones Alfa. Las aleaciones alfa contienen elementos como aluminio y estaño y se prefieren para aplicaciones de alta temperatura debido a sus características superiores de fluencia. Estos elementos estabilizadores α funcionan inhibiendo el cambio en la temperatura de transformación de fase o haciendo que aumente. La ausencia de una transición dúctil a frágil, una característica de las aleaciones β, hace que las aleaciones α sean adecuadas para aplicaciones criogénicas. Por otro lado, no se pueden reforzar mediante tratamiento térmico porque alfa es la fase estable y, por tanto, no son tan resistentes como las aleaciones beta.
• Aleaciones Beta. Las aleaciones beta contienen elementos de transición como vanadio, niobio y molibdeno, que tienden a disminuir la temperatura de la transición de fase α a β. Las aleaciones beta tienen una excelente templabilidad y responden fácilmente al tratamiento térmico. Estos materiales son altamente forjables y exhiben una alta tenacidad a la fractura. Por ejemplo, la resistencia máxima a la tracción de una aleación de titanio de alta resistencia, TI-10V-2Fe-3Al, es de aproximadamente 1200 MPa.
• Aleación Alfa + Beta. Las aleaciones alfa + beta tienen composiciones que soportan una mezcla de fases α y β y pueden contener entre 10 y 50% de fase β a temperatura ambiente. La aleación α + β más común es Ti-6Al-4V. La resistencia de estas aleaciones puede mejorarse y controlarse mediante tratamiento térmico. Los ejemplos incluyen: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb.

Grados de titanio

El titanio puro y sus aleaciones se definen comúnmente por sus grados definidos por la norma internacional ASTM. En general, existen casi 40 grados de titanio y sus aleaciones. A continuación se ofrece una descripción general de las aleaciones de titanio y los grados puros que se encuentran con mayor frecuencia, sus propiedades, beneficios y aplicaciones industriales.

• Grado 1. El titanio comercialmente puro de grado 1 es la aleación de titanio más dúctil y blanda. Es una buena solución para ambientes corrosivos y de conformado en frío. Posee la mayor conformabilidad , excelente resistencia a la corrosión y alta tenacidad al impacto. Debido a su formabilidad, comúnmente está disponible como placa y tubería de titanio. Éstas incluyen:
  • Procesamiento químico
  • Fabricación de clorato
  • Arquitectura
  • Industria médica
  • Industria marina
  • Piezas de automóviles
  • Estructura del fuselaje
• Grado 2. El titanio comercialmente puro de grado 2 es muy similar al grado 1, pero tiene mayor resistencia que el grado 1 y excelentes propiedades de conformado en frío. Proporciona excelentes propiedades de soldadura y tiene una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión. Este grado de titanio es el grado más común de la industria del titanio comercialmente puro. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:
  • Aeroespacial,
  • Automotor,
  • Procesamiento químico y fabricación de clorato,
  • Desalinización
  • Generación de energía
• Grado 5: Ti-6Al-4V. El grado 5 es la aleación más utilizada y es una aleación alfa + beta. La aleación de grado 5 representa el 50% del uso total de titanio en todo el mundo. Tiene una composición química de 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0,25% (máximo) de hierro, 0,2% (máximo) de oxígeno y el resto de titanio. Generalmente, Ti-6Al-4V se usa en aplicaciones de hasta 400 grados Celsius. Tiene una densidad de aproximadamente 4420 kg/m³. Es significativamente más fuerte que el titanio comercialmente puro (grados 1-4) debido a su posibilidad de ser tratado térmicamente. Este grado es una excelente combinación de fuerza, resistencia a la corrosión, soldadura y facilidad de fabricación. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:
  • Turbinas de aviones
  • Componentes del motor
  • Componentes estructurales de aeronaves
  • Sujetadores aeroespaciales
  • Piezas automáticas de alto rendimiento
  • Aplicaciones marinas
• Grado 23 – Ti-6Al-4V-ELI. Ti-6Al-4V-ELI o TAV-ELI es la versión de mayor pureza de Ti-6Al-4V. ELI son las siglas de Intersticial Extra Low. La diferencia esencial entre Ti6Al4V ELI (grado 23) y Ti6Al4V (grado 5) es la reducción del contenido de oxígeno al 0,13% (máximo) en el grado 23. Los elementos intersticiales reducidos oxígeno y hierro mejoran la ductilidad y la tenacidad a la fractura con cierta reducción en la resistencia. Es la mejor opción para cualquier tipo de situación en la que se requiera una combinación de alta resistencia, peso ligero, buena resistencia a la corrosión y alta tenacidad. Este grado de titanio, grado médico de titanio, se utiliza en aplicaciones biomédicas como componentes implantables debido a su biocompatibilidad, buena resistencia a la fatiga y bajo módulo.

Aplicación de aleaciones de titanio – Usos

Las dos propiedades más útiles del metal son la resistencia a la corrosión y la relación fuerza-densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. La resistencia a la corrosión de las aleaciones de titanio a temperaturas normales es inusualmente alta. Estas propiedades determinan la aplicación del titanio y sus aleaciones. La primera aplicación de producción de titanio fue en 1952, para las góndolas y cortafuegos del avión Douglas DC-7. Alta resistencia específica, buena resistencia a la fatiga y vida útil a la fluencia, y buena tenacidad a la fractura son características que hacen que el titanio sea un metal preferido para aplicaciones aeroespaciales. Las aplicaciones aeroespaciales, incluido el uso en componentes estructurales (fuselajes) y motores a reacción, siguen representando la mayor parte del uso de aleaciones de titanio. Sobre elavión supersónico SR-71, se utilizó titanio para el 85% de la estructura. Debido a su muy alta inercia, el titanio tiene muchas aplicaciones biomédicas, las cuales se basan en su inercia en el cuerpo humano, es decir, la resistencia a la corrosión por los fluidos corporales.

Titanio comercialmente puro – Grado 1 en condensadores de vapor

En las plantas de energía nuclear, el sistema del condensador de vapor principal (MC) está diseñado para condensar y desairear el vapor de escape de la turbina principal y proporcionar un disipador de calor para el sistema de derivación de la turbina. El vapor de escape de las turbinas LP se condensa pasando por tubos que contienen agua del sistema de enfriamiento. Estos tubos suelen estar hechos de acero inoxidable, aleaciones de cobre o titanio, dependiendo de varios criterios de selección (como conductividad térmica o resistencia a la corrosión).  Tubos de condensador de titanio suelen ser la mejor opción técnica, sin embargo, el titanio es un material muy caro y el uso de tubos de condensador de titanio está asociado a unos costes iniciales muy elevados. El titanio, en particular, puede aportar mejoras importantes, como velocidades del agua más altas que promueven mejores coeficientes de calor, excelente resistencia a la abrasión, erosión y corrosión, mejorando así la resistencia a las incrustaciones. Los tubos son en su mayoría tubos soldados de ASTM SB 338 grado 1 fabricados en una línea de fabricación continua. Este titanio comercialmente puro es el titanio más blando y tiene la mayor ductilidad. Tiene buenas características de conformado en frío y proporciona una excelente resistencia a la corrosión. También tiene excelentes propiedades de soldadura y alta tenacidad al impacto. Todas las operaciones de fabricación (soldadura, recocido, pruebas no destructivas) están completamente automatizadas para producir tubos de alta calidad en grandes cantidades.

Propiedades de las aleaciones de titanio

Las propiedades de los materiales son propiedades intensivas, lo que significa que son independientes de la cantidad de masa y pueden variar de un lugar a otro dentro del sistema en cualquier momento. La base de la ciencia de los materiales consiste en estudiar la estructura de los materiales y relacionarlos con sus propiedades (mecánicas, eléctricas, etc.). Una vez que un científico de materiales conoce esta correlación estructura-propiedad, puede pasar a estudiar el rendimiento relativo de un material en una aplicación determinada. Los principales determinantes de la estructura de un material y, por tanto, de sus propiedades son sus elementos químicos constituyentes y la forma en que se ha procesado hasta su forma final.

Densidad de las aleaciones de titanio

La densidad de una aleación de titanio típica es de 4,43 g/cm³ ( Ti-6Al-4V).

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen. Es una  propiedad intensiva , que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico (kg/m³). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico (lbm/ft³).

Dado que la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia, es obvio que la densidad de una sustancia depende en gran medida de su masa atómica y también de  la densidad del número atómico  (N; átomos/cm³),

• Peso atómico. La masa atómica es transportada por el núcleo atómico, que ocupa sólo alrededor de ^10-12  del volumen total del átomo o menos, pero contiene toda la carga positiva y al menos el 99,95% de la masa total del átomo. Por lo tanto, está determinado por el número de masa (número de protones y neutrones).
• Densidad del número atómico. La  densidad del número atómico  (N; átomos/cm³), que está asociada con los radios atómicos, es el número de átomos de un tipo dado por unidad de volumen (V; cm³) del material. La densidad del número atómico (N; átomos/cm³) de un material puro que tiene  un peso atómico o molecular  (M; gramos/mol) y la densidad del  material  (⍴; gramos/cm³) se calcula fácilmente a partir de la siguiente ecuación utilizando el número de Avogadro (N_A = 6,022×10²³  átomos o moléculas por mol):
• Estructura cristalina. La densidad de la sustancia cristalina se ve afectada significativamente por su estructura cristalina. La estructura de FCC, junto con su relativo hexagonal (hcp), tiene el factor de empaque más eficiente (74%). Los metales que contienen estructuras de FCC incluyen austenita, aluminio, cobre, plomo, plata, oro, níquel, platino y torio.

Propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio

Los materiales se eligen con frecuencia para diversas aplicaciones porque tienen combinaciones deseables de características mecánicas. Para aplicaciones estructurales, las propiedades de los materiales son cruciales y los ingenieros deben tenerlas en cuenta.

Resistencia de las aleaciones de titanio

En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.

Resistencia a la tracción

La máxima resistencia a la tracción del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 340 MPa.

La máxima resistencia a la tracción de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 1170 MPa.

La máxima resistencia a la tracción es la máxima en la curva de ingeniería de tensión-deformación. Esto corresponde a la tensión máxima que puede ser sostenido por una estructura en tensión. La resistencia máxima a la tracción a menudo se reduce a «resistencia a la tracción» o incluso a «máxima». Si se aplica y se mantiene esta tensión, se producirá una fractura. A menudo, este valor es significativamente mayor que el límite elástico (entre un 50 y un 60 por ciento más que el rendimiento para algunos tipos de metales). Cuando un material dúctil alcanza su máxima resistencia, experimenta un estrechamiento donde el área de la sección transversal se reduce localmente. La curva de tensión-deformación no contiene una tensión mayor que la resistencia máxima. Aunque las deformaciones pueden seguir aumentando, la tensión suele disminuir después de que se ha alcanzado la resistencia máxima. Es una propiedad intensiva; por lo tanto, su valor no depende del tamaño de la muestra de prueba. Sin embargo, depende de otros factores, como la preparación de la muestra, temperatura del entorno de prueba y del material. Las resistencias a la tracción máxima varían desde 50 MPa para un aluminio hasta 3000 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Límite de elasticidad

El límite elástico del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 300 MPa.

El límite elástico de Ti-6Al-4V: la aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 1100 MPa.

El punto de fluencia es el punto en una curva de tensión-deformación que indica el límite del comportamiento elástico y el comportamiento plástico inicial. Límite de elasticidad es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica). Antes del límite elástico, el material se deformará elásticamente y volverá a su forma original cuando se elimine la tensión aplicada. Una vez que se supera el límite de fluencia, una fracción de la deformación será permanente e irreversible. Algunos aceros y otros materiales exhiben un comportamiento denominado fenómeno de límite elástico. Los límites de elasticidad varían de 35 MPa para un aluminio de baja resistencia a más de 1400 MPa para aceros de muy alta resistencia.

Módulo de Young

El módulo de Young del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 105 GPa.

El módulo de Young de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 114 GPa.

El módulo de Young es el módulo elástico para esfuerzos de tracción y compresión en el régimen de elasticidad lineal de una deformación uniaxial y generalmente se evalúa mediante ensayos de tracción. Hasta un esfuerzo limitante, un cuerpo podrá recuperar sus dimensiones al retirar la carga. Las tensiones aplicadas hacen que los átomos de un cristal se muevan desde su posición de equilibrio. Todos los átomos se desplazan en la misma cantidad y aún mantienen su geometría relativa. Cuando se eliminan las tensiones, todos los átomos vuelven a sus posiciones originales y no se produce ninguna deformación permanente. Según la ley de Hooke, la tensión es proporcional a la deformación (en la región elástica) y la pendiente es el módulo de Young. El módulo de Young es igual a la tensión longitudinal dividida por la deformación.

Dureza de las aleaciones de titanio

La dureza Rockwell del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de aproximadamente 80 HRB.

La dureza Rockwell de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de aproximadamente 41 HRC.

La prueba de dureza Rockwell  es una de las pruebas de dureza por indentación más comunes, que se ha desarrollado para las pruebas de dureza. A diferencia de la prueba de Brinell, el probador Rockwell mide la profundidad de penetración de un penetrador bajo una carga grande (carga mayor) en comparación con la penetración realizada por una precarga (carga menor). La carga menor establece la posición cero. Se aplica la carga principal y luego se retira mientras se mantiene la carga menor. La diferencia entre la profundidad de penetración antes y después de la aplicación de la carga principal se utiliza para calcular el  número de dureza Rockwell. Es decir, la profundidad de penetración y la dureza son inversamente proporcionales. La principal ventaja de la dureza Rockwell es su capacidad para  mostrar los valores de dureza directamente. El resultado es un número adimensional anotado como  HRA, HRB, HRC, etc., donde la última letra es la escala de Rockwell respectiva.

La prueba Rockwell C se realiza con un penetrador Brale (cono de diamante de 120°) y una carga mayor de 150 kg.

Propiedades térmicas de las aleaciones de titanio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica , la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de titanio

El punto de fusión del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de alrededor de 1660°C.

El punto de fusión de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de alrededor de 1660°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de las aleaciones de titanio

La conductividad térmica del titanio comercialmente puro – Grado 2 es de 16 W/(mK).

La conductividad térmica de Ti-6Al-4V – aleación de titanio de grado 5 es de 6,7 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción . Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Ver arriba:
Aleaciones

Las aleaciones de magnesio son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Debemos agregar que el magnesio puro es altamente inflamable, especialmente cuando se pulveriza o se raspa en tiras delgadas, aunque es difícil de encender en masa o a granel. Produce una luz blanca intensa, brillante cuando arde. Las temperaturas de la llama del magnesio y algunas aleaciones de magnesio pueden alcanzar los 3100°C. El magnesio quemado o fundido reacciona violentamente con el agua. Una vez encendidos, estos incendios son difíciles de extinguir, porque la combustión continúa en nitrógeno (formando nitruro de magnesio), dióxido de carbono (formando óxido de magnesio y carbono) y agua. La quema de magnesio se puede apagar usando un extintor de incendios químico seco de Clase D. Su inflamabilidad se reduce en gran medida por una pequeña cantidad de calcio en la aleación.

Propiedades térmicas de las aleaciones de magnesio

Las propiedades térmicas  de los materiales se refieren a la respuesta de los materiales a los cambios de  thermodynamics/thermodynamic-properties/what-is-temperature-physics/»>temperatura y a la aplicación de calor. A medida que un sólido absorbe thermodynamics/what-is-energy-physics/»>energía en forma de calor, su temperatura aumenta y sus dimensiones aumentan. Pero los diferentes materiales reaccionan a la aplicación de calor de manera diferente.

La capacidad calorífica , la expansión térmica y la conductividad térmica son propiedades que a menudo son críticas en el uso práctico de sólidos.

Punto de fusión de las aleaciones de magnesio

El punto de fusión de Elektron 21 – UNS M12310 es de alrededor de 550 – 640°C.

En general, la  fusión  es un  cambio  de fase de una sustancia de la fase sólida a la líquida. El  punto  de fusión de una sustancia es la temperatura a la que se produce este cambio de fase. El  punto de fusión  también define una condición en la que el sólido y el líquido pueden existir en equilibrio.

Conductividad térmica de las aleaciones de magnesio

La conductividad térmica de Elektron 21 – UNS M12310 es 116 W/(mK).

Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada  conductividad térmica, k (o λ), medida en  W/mK. Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por  conducción. Tenga en cuenta que  la ley de Fourier se  aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.

La  conductividad térmica  de la mayoría de los líquidos y sólidos varía con la temperatura. Para los vapores, también depende de la presión. En general:

La mayoría de los materiales son casi homogéneos, por lo que normalmente podemos escribir  k = k (T). Se asocian definiciones similares con conductividades térmicas en las direcciones y y z (ky, kz), pero para un material isótropo, la conductividad térmica es independiente de la dirección de transferencia, kx = ky = kz = k.

Vea arriba:
Aleaciones de magnesio

Las aleaciones de magnesio son mezclas de magnesio y otros metales de aleación, generalmente aluminio, zinc, silicio, manganeso, cobre y circonio. Dado que la característica más destacada del magnesio es su densidad, 1,7 g/cm³, sus aleaciones se utilizan donde el peso ligero es una consideración importante (por ejemplo, en componentes de aeronaves). El magnesio tiene el punto de fusión más bajo (923 K (1202°F)) de todos los metales alcalinotérreos. El magnesio puro tiene una estructura cristalina HCP, es relativamente blando y tiene un módulo de elasticidad bajo: 45 GPa. Las aleaciones de magnesio también tienen una estructura de celosía hexagonal, lo que afecta las propiedades fundamentales de estas aleaciones. A temperatura ambiente, el magnesio y sus aleaciones son difíciles de realizar un trabajo en frío debido al hecho de que la deformación plástica de la red hexagonal es más complicada que en metales enrejados cúbicos como el aluminio, el cobre y el acero. Por lo tanto, las aleaciones de magnesio se utilizan típicamente como aleaciones de fundición. A pesar de la naturaleza reactiva del polvo de magnesio puro, el magnesio metálico y sus aleaciones tienen buena resistencia a la corrosión.

El aluminio es el elemento de aleación más común. El aluminio, zinc, circonio y torio promueven el endurecimiento por precipitación: el manganeso mejora la resistencia a la corrosión; y el estaño mejora la moldeabilidad.

Elektron 21 – UNS M12310

En general, Elektron es la marca registrada de una amplia gama de aleaciones de magnesio fabricadas por una empresa británica Magnesium Elektron Limited. Elektron 21, designado por UNS M12310, es una de las aleaciones con excelente resistencia a la corrosión y moldeabilidad. Los productos fundidos poseen una microestructura de grano fino y una hermeticidad a la presión. Esta aleación se puede mecanizar fácilmente. La aplicación incluye deportes de motor y aeroespacial, ya que posee alta resistencia, peso ligero y excelentes características de amortiguación de vibraciones.

Densidad de las aleaciones de magnesio

La densidad de una aleación de magnesio típica es de 1,8 g/cm³ (Elektron 21).

En comparación con otros materiales comunes:

La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm³ (aleación 6061).

La densidad de una aleación de titanio típica es de 4,43 g/cm³ (Ti-6Al-4V).

La densidad del acero inoxidable típico es de 8,0 g/cm³ (AISI 304L).

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen. Es una  propiedad intensiva, que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  (kg/m³). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  (lbm/ft³).

Dado que la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia, es obvio que la densidad de una sustancia depende en gran medida de su masa atómica y también de  la densidad del número atómico  (N; átomos/cm³),

• Peso atómico. La masa atómica es transportada por el núcleo atómico, que ocupa sólo alrededor de ^10-12  del volumen total del átomo o menos, pero contiene toda la carga positiva y al menos el 99,95% de la masa total del átomo. Por lo tanto, está determinado por el número de masa (número de protones y neutrones).
• Densidad del número atómico. La  densidad del número atómico  (N; átomos/cm³), que está asociada con los radios atómicos, es el número de átomos de un tipo dado por unidad de volumen (V; cm³) del material. La densidad del número atómico (N; átomos/cm³) de un material puro que tiene  un peso atómico o molecular  (M; gramos/mol) y la densidad del  material  (⍴; gramos/cm³) se calcula fácilmente a partir de la siguiente ecuación utilizando el número de Avogadro (N_A = 6,022×10²³  átomos o moléculas por mol):
• Estructura cristalina. La densidad de la sustancia cristalina se ve afectada significativamente por su estructura cristalina. La estructura de FCC, junto con su relativo hexagonal (hcp), tiene el factor de empaque más eficiente (74%). Los metales que contienen estructuras de FCC incluyen austenita, aluminio, cobre, plomo, plata, oro, níquel, platino y torio.

Vea arriba:
Aleaciones de magnesio

El aluminio de alta pureza es un material blando con una resistencia máxima de aproximadamente 10 MPa, lo que limita su facilidad de uso en aplicaciones industriales. El aluminio de pureza comercial (99-99,6%) se vuelve más duro y resistente debido a la presencia de impurezas, especialmente de Si y Fe. Pero cuando se alean, las aleaciones de aluminio son tratables térmicamente, lo que cambia significativamente sus propiedades mecánicas.

Las aleaciones de aluminio se basan en aluminio, en el que los principales elementos de aleación son Cu, Mn, Si, Mg, Mg + Si, Zn. Las composiciones de aleación de aluminio están registradas en The Aluminum Association. Las aleaciones de aluminio se dividen en 9 familias (Al1xxx a Al9xxx). Las diferentes familias de aleaciones y los principales elementos de aleación son:

• 1xxx: sin elementos de aleación
• 2xxx: cobre
• 3xxx: manganeso
• 4xxx: silicio
• 5xxx: magnesio
• 6xxx: magnesio y silicio
• 7xxx: zinc, magnesio y cobre
• 8xxx: otros elementos que no están cubiertos por otras series

También hay dos clasificaciones principales, a saber, aleaciones de fundición y aleaciones forjadas, las cuales se subdividen en las categorías tratables térmicamente y no tratables térmicamente. Las aleaciones de aluminio que contienen elementos de aleación con una solubilidad sólida limitada a temperatura ambiente y con una fuerte dependencia de la solubilidad del sólido con la temperatura (por ejemplo, Cu) pueden reforzarse mediante un tratamiento térmico adecuado ( endurecimiento por precipitación ). La resistencia de las aleaciones comerciales de Al tratadas térmicamente supera los 550 MPa.

Composición – Aleaciones de aluminio – Aleación 6061

En general, las aleaciones de aluminio de la serie 6000 se alean con magnesio y silicio. La aleación 6061 es una de las aleaciones más utilizadas en la serie 6000. Tiene buenas propiedades mecánicas, es fácil de mecanizar, es soldable y puede endurecerse por precipitación, pero no a las altas resistencias que pueden alcanzar los 2000 y 7000. Tiene muy buena resistencia a la corrosión y muy buena soldabilidad aunque reducida resistencia en la zona de soldadura. Las propiedades mecánicas del 6061 dependen en gran medida del temple o tratamiento térmico del material. En comparación con la aleación 2024, la 6061 se trabaja más fácilmente y permanece resistente a la corrosión incluso cuando la superficie está desgastada.

Esta aleación estructural estándar, una de las más versátiles de las aleaciones tratables térmicamente, es popular para requisitos de resistencia media a alta y tiene buenas características de tenacidad. Las aplicaciones van desde componentes de aviones (estructuras de aviones, como alas y fuselajes) hasta piezas de automóviles como el chasis del Audi A8. 6061-T6 se usa ampliamente para cuadros y componentes de bicicletas.

Densidad de las aleaciones de aluminio

La densidad de una aleación de aluminio típica es de 2,7 g/cm³ (aleación 6061).

En comparación con otros materiales comunes:

La densidad de una aleación de magnesio típica es de 1,8 g/cm³ (Elektron 21).

La densidad de una aleación de titanio típica es de 4,43 g/cm³ (Ti-6Al-4V).

La densidad del acero inoxidable típico es de 8,0 g/cm³ (AISI 304L).

La densidad  se define como la  masa por unidad de volumen. Es una  propiedad intensiva, que se define matemáticamente como masa dividida por volumen:

ρ = m / V

En palabras, la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia. La unidad estándar del SI es  kilogramos por metro cúbico  (kg/m³). La unidad de inglés estándar es  libras de masa por pie cúbico  (lbm/ft³).

Dado que la densidad (ρ) de una sustancia es la masa total (m) de esa sustancia dividida por el volumen total (V) ocupado por esa sustancia, es obvio que la densidad de una sustancia depende en gran medida de su masa atómica y también de  la densidad del número atómico  (N; átomos/cm³),

• Peso atómico. La masa atómica es transportada por el núcleo atómico, que ocupa sólo alrededor de ^10-12  del volumen total del átomo o menos, pero contiene toda la carga positiva y al menos el 99,95% de la masa total del átomo. Por lo tanto, está determinado por el número de masa (número de protones y neutrones).
• Densidad del número atómico. La  densidad del número atómico  (N; átomos/cm³), que está asociada con los radios atómicos, es el número de átomos de un tipo dado por unidad de volumen (V; cm³) del material. La densidad del número atómico (N; átomos/cm³) de un material puro que tiene  un peso atómico o molecular  (M; gramos/mol) y la densidad del  material  (⍴; gramos/cm³) se calcula fácilmente a partir de la siguiente ecuación utilizando el número de Avogadro (N_A = 6,022×10²³  átomos o moléculas por mol):
• Estructura cristalina. La densidad de la sustancia cristalina se ve afectada significativamente por su estructura cristalina. La estructura de FCC, junto con su relativo hexagonal (hcp), tiene el factor de empaque más eficiente (74%). Los metales que contienen estructuras de FCC incluyen austenita, aluminio, cobre, plomo, plata, oro, níquel, platino y torio.

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Aleaciones de aluminio

Las aleaciones de titanio son metales que contienen una mezcla de titanio y otros elementos químicos. Estas aleaciones tienen una resistencia a la tracción y una tenacidad muy altas (incluso a temperaturas extremas). Son livianos, tienen una extraordinaria resistencia a la corrosión y la capacidad de soportar temperaturas extremas.

Aleaciones alfa de titanio

El titanio existe en dos formas cristalográficas. A temperatura ambiente, el titanio sin alear (comercialmente puro) tiene una estructura cristalina hexagonal compacta (hcp) denominada fase alfa (α). Cuando la temperatura del titanio puro alcanza los 885°C (llamada temperatura β transus del titanio), la estructura cristalina cambia a una estructura bcc conocida como fase beta (β). Los elementos de aleación aumentan o disminuyen la temperatura para la transformación α-a-β, por lo que los elementos de aleación en titanio se clasifican como estabilizadores α o estabilizadores β. Por ejemplo, el vanadio, el niobio y el molibdeno disminuyen la temperatura de transformación de α a β y promueven la formación de la fase β.

• Aleaciones Alfa. Las aleaciones alfa contienen elementos como aluminio y estaño y se prefieren para aplicaciones de alta temperatura debido a sus características superiores de fluencia. Estos elementos estabilizadores α funcionan inhibiendo el cambio en la temperatura de transformación de fase o haciendo que aumente. La ausencia de una transición dúctil a frágil, una característica de las aleaciones β, hace que las aleaciones α sean adecuadas para aplicaciones criogénicas. Por otro lado, no se pueden reforzar mediante tratamiento térmico porque alfa es la fase estable y por lo tanto no son tan resistentes como las aleaciones beta.

Titanio grado 1

El titanio comercialmente puro de grado 1 es la aleación de titanio más dúctil y blanda. Es una buena solución para ambientes corrosivos y de conformado en frío. Posee la mayor conformabilidad, excelente resistencia a la corrosión y alta tenacidad al impacto. Debido a su formabilidad, comúnmente está disponible como placa y tubería de titanio. Éstas incluyen:

• Procesamiento químico
• Fabricación de clorato
• Arquitectura
• Industria médica
• Industria marina
• Piezas de automóviles
• Estructura del fuselaje

Vea arriba:
Aleaciones de titanio

Las aleaciones de titanio son metales que contienen una mezcla de titanio y otros elementos químicos. Estas aleaciones tienen una resistencia a la tracción y una tenacidad muy altas (incluso a temperaturas extremas). Son livianos, tienen una extraordinaria resistencia a la corrosión y la capacidad de soportar temperaturas extremas.

Tipos de aleaciones de titanio

El titanio existe en dos formas cristalográficas. A temperatura ambiente, el titanio sin alear (comercialmente puro) tiene una estructura cristalina hexagonal compacta (hcp) denominada fase alfa (α). Cuando la temperatura del titanio puro alcanza los 885°C (llamada temperatura β transus del titanio), la estructura cristalina cambia a una estructura bcc conocida como fase beta (β). Los elementos de aleación aumentan o disminuyen la temperatura para la transformación α-a-β, por lo que los elementos de aleación en titanio se clasifican como estabilizadores α o estabilizadores β. Por ejemplo, el vanadio, el niobio y el molibdeno disminuyen la temperatura de transformación de α a β y promueven la formación de la fase β.

• Aleaciones Alfa. Las aleaciones alfa contienen elementos como aluminio y estaño y se prefieren para aplicaciones de alta temperatura debido a sus características superiores de fluencia. Estos elementos estabilizadores α funcionan inhibiendo el cambio en la temperatura de transformación de fase o haciendo que aumente. La ausencia de una transición dúctil a frágil, una característica de las aleaciones β, hace que las aleaciones α sean adecuadas para aplicaciones criogénicas. Por otro lado, no se pueden reforzar mediante tratamiento térmico porque alfa es la fase estable y, por tanto, no son tan resistentes como las aleaciones beta.
• Aleaciones Beta. Las aleaciones beta contienen elementos de transición como vanadio, niobio y molibdeno, que tienden a disminuir la temperatura de la transición de fase α a β. Las aleaciones beta tienen una excelente templabilidad y responden fácilmente al tratamiento térmico. Estos materiales son altamente forjables y exhiben una alta tenacidad a la fractura. Por ejemplo, la resistencia máxima a la tracción de una aleación de titanio de alta resistencia, TI-10V-2Fe-3Al, es de aproximadamente 1200 MPa.
• Aleación Alfa + Beta. Las aleaciones alfa + beta tienen composiciones que soportan una mezcla de fases α y β y pueden contener entre 10 y 50% de fase β a temperatura ambiente. La aleación α + β más común es Ti-6Al-4V. La resistencia de estas aleaciones puede mejorarse y controlarse mediante tratamiento térmico. Los ejemplos incluyen: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb.

Grados de titanio

El titanio puro y sus aleaciones se definen comúnmente por sus grados definidos por la norma internacional ASTM. En general, existen casi 40 grados de titanio y sus aleaciones. A continuación se ofrece una descripción general de las aleaciones de titanio y los grados puros que se encuentran con mayor frecuencia, sus propiedades, beneficios y aplicaciones industriales.

• Grado 1. El titanio comercialmente puro de grado 1 es la aleación de titanio más dúctil y blanda. Es una buena solución para ambientes corrosivos y de conformado en frío. Posee la mayor conformabilidad, excelente resistencia a la corrosión y alta tenacidad al impacto. Debido a su formabilidad, comúnmente está disponible como placa y tubería de titanio. Éstas incluyen:
  • Procesamiento químico
  • Fabricación de clorato
  • Arquitectura
  • Industria médica
  • Industria marina
  • Piezas de automóviles
  • Estructura del fuselaje
• Grado 2. El titanio comercialmente puro de grado 2 es muy similar al grado 1, pero tiene mayor resistencia que el grado 1 y excelentes propiedades de conformado en frío. Proporciona excelentes propiedades de soldadura y tiene una excelente resistencia a la oxidación y la corrosión. Este grado de titanio es el grado más común de la industria del titanio comercialmente puro. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:
  • Aeroespacial,
  • Automotor,
  • Procesamiento químico y fabricación de clorato,
  • Desalinización
  • Generación de energía
• Grado 5: Ti-6Al-4V. El grado 5 es la aleación más utilizada y es una aleación alfa + beta. La aleación de grado 5 representa el 50% del uso total de titanio en todo el mundo. Tiene una composición química de 6% de aluminio, 4% de vanadio, 0,25% (máximo) de hierro, 0,2% (máximo) de oxígeno y el resto de titanio. Generalmente, Ti-6Al-4V se usa en aplicaciones de hasta 400 grados Celsius. Tiene una densidad de aproximadamente 4420 kg/m³. Es significativamente más fuerte que el titanio comercialmente puro (grados 1-4) debido a su posibilidad de ser tratado térmicamente. Este grado es una excelente combinación de fuerza, resistencia a la corrosión, soldadura y facilidad de fabricación. Es la mejor opción para muchos campos de aplicaciones:
  • Turbinas de aviones
  • Componentes del motor
  • Componentes estructurales de aeronaves
  • Sujetadores aeroespaciales
  • Piezas automáticas de alto rendimiento
  • Aplicaciones marinas
• Grado 23 – Ti-6Al-4V-ELI. Ti-6Al-4V-ELI o TAV-ELI es la versión de mayor pureza de Ti-6Al-4V. ELI son las siglas de Intersticial Extra Low. La diferencia esencial entre Ti6Al4V ELI (grado 23) y Ti6Al4V (grado 5) es la reducción del contenido de oxígeno al 0,13% (máximo) en el grado 23. Los elementos intersticiales reducidos oxígeno y hierro mejoran la ductilidad y la tenacidad a la fractura con cierta reducción en la resistencia. Es la mejor opción para cualquier tipo de situación en la que se requiera una combinación de alta resistencia, peso ligero, buena resistencia a la corrosión y alta tenacidad. Este grado de titanio, grado médico de titanio, se utiliza en aplicaciones biomédicas como componentes implantables debido a su biocompatibilidad, buena resistencia a la fatiga y bajo módulo.

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Aleaciones de titanio