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 sonresistencia 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.
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. Todas las operaciones de fabricación (soldadura, recocido, pruebas no destructivas) están completamente automatizadas para producir tubos de alta calidad en grandes cantidades.
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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