Características y propiedades.
El titanio es un elemento químico con el símbolo Ti y el número atómico 22. Es un metal brillante con un color plateado, de baja densidad y alta resistencia. Es resistente a la corrosión en agua de mar y cloro.
El elemento se encuentra en varios depósitos minerales, principalmente rutilo e ilmenita, que están muy extendidos en la corteza y la litosfera.
El titanio se utiliza para hacer aleaciones ligeras duraderas. Las dos propiedades más útiles de un metal son la resistencia a la corrosión y la relación de dureza a densidad, la más alta de cualquier elemento metálico. En su estado puro, este metal es tan fuerte como algunos aceros, pero menos denso.
Propiedades físicas del metal.
Es un metal fuerte de baja densidad, más bien dúctil (especialmente en un entorno sin oxígeno), brillante y blanco metaloide. Un punto de fusión relativamente alto de más de 1650 ° C (o 3000 ° F) lo hace útil como un metal refractario. Es paramagnético y tiene una conductividad eléctrica y térmica bastante baja.
En la escala de Mohs, la dureza del titanio es 6. Según este indicador, es ligeramente inferior al acero endurecido y al tungsteno.
Los titanes comercialmente puros (99, 2%) tienen una resistencia a la tracción máxima de aproximadamente 434 MPa, que corresponde a las aleaciones de acero de baja calidad habituales, pero al mismo tiempo el titanio es mucho más ligero.
Propiedades quimicas del titanio.
Al igual que el aluminio y el magnesio, el titanio y sus aleaciones se oxidan inmediatamente cuando se exponen al aire. Reacciona lentamente con agua y aire a temperatura ambiente, ya que forma un recubrimiento de óxido pasivo que protege al metal a granel de la oxidación adicional.
La pasivación atmosférica proporciona al titanio una excelente resistencia a la corrosión casi equivalente al platino. El titanio es capaz de soportar el ataque de los ácidos sulfúrico y clorhídrico diluidos, las soluciones de cloruro y la mayoría de los ácidos orgánicos.
El titanio es uno de los pocos elementos que se quema en nitrógeno puro, reaccionando a 800 ° C (1470 ° F) para formar nitruro de titanio. Debido a su alta reactividad con el oxígeno, el nitrógeno y algunos otros gases, los filamentos de titanio se utilizan en las bombas de sublimación de titanio como eliminadores de estos gases. Tales bombas son baratas y producen de manera confiable una presión extremadamente baja en sistemas de vacío ultraalto.
Los minerales comunes que contienen titanio son anatasa, brookita, ilmenita, perovskita, rutilo y titanita (esfeno). De estos minerales, solo el rutilo y la ilmenita son de importancia económica, pero incluso son difíciles de encontrar en altas concentraciones.
El titanio se encuentra en los meteoritos y se descubrió en las estrellas tipo Sol y M con una temperatura superficial de 3200 ° C (5790 ° F).
Los métodos actualmente conocidos para extraer titanio de varios minerales requieren mucho tiempo y son costosos.
Producción y fabricación
Actualmente, se han desarrollado y usado cerca de 50 grados de titanio y aleaciones de titanio. Hoy en día, se reconocen aleaciones y metales de titanio de grado 31, de los cuales las clases 1-4 son comercialmente puras (sin dopaje). Se caracterizan por su resistencia a la tracción en función del contenido de oxígeno, y la clase 1 es la más plástica (la resistencia a la tracción más baja con un contenido de oxígeno del 0, 18%), y la clase 4 es la menos plástica (la resistencia a la tracción máxima con un contenido de oxígeno del 0, 40%). ).
Las clases restantes son aleaciones, cada una de las cuales tiene propiedades específicas:
- plasticidad;
- fuerza
- dureza
- resistencia electrica
- Resistencia específica a la corrosión y combinaciones de los mismos.
Además de estas especificaciones, las aleaciones de titanio también se fabrican para cumplir con los requisitos de equipos aeroespaciales y militares (SAE-AMS, MIL-T), las normas ISO y las especificaciones específicas de cada país, así como los requisitos del usuario final para aplicaciones aeroespaciales, militares, médicas e industriales.
Se puede formar fácilmente un producto plano comercialmente limpio (hoja, placa), pero el tratamiento debe tener en cuenta el hecho de que el metal tiene una "memoria" y una tendencia a regresar. Esto es especialmente cierto de algunas aleaciones de alta resistencia.
El titanio se usa a menudo para hacer aleaciones:
- con aluminio;
- con vanadio;
- con cobre (para el endurecimiento);
- con hierro
- con manganeso;
- Con molibdeno y otros metales.
Áreas de aplicación
Las aleaciones de titanio en forma de láminas, placas, barras, alambres, fundiciones se utilizan en los mercados industriales, aeroespaciales, recreativos y emergentes. El titanio en polvo se utiliza en la pirotecnia como fuente de partículas de combustión brillante.
Dado que las aleaciones de titanio tienen una alta proporción de resistencia a la tracción y densidad, alta resistencia a la corrosión, resistencia a la fatiga, alta resistencia al agrietamiento y la capacidad de soportar temperaturas moderadamente altas, se utilizan en aviones, al reservar, en barcos, naves espaciales y cohetes.
Para estas aplicaciones, el titanio se alea con aluminio, circonio, níquel, vanadio y otros elementos para producir diversos componentes, incluidos elementos estructurales críticos, paredes contra incendios, chasis, tubos de escape (helicópteros) y sistemas hidráulicos. De hecho, alrededor de dos tercios del metal titanio producido se utiliza en motores y bastidores de aviones.
Dado que las aleaciones de titanio son resistentes a la corrosión por el agua de mar, se utilizan para fabricar ejes de hélices, equipar intercambiadores de calor, etc. Estas aleaciones se utilizan en alojamientos y componentes de dispositivos de observación y monitoreo de los océanos para la ciencia y el ejército.
Aleaciones específicas se utilizan en pozos de pozos y pozos de petróleo e hidrometalurgia de níquel por su alta resistencia. La industria de la pulpa y el papel utiliza titanio en los equipos de proceso expuestos a medios agresivos como el hipoclorito de sodio o el gas de cloro húmedo (en el blanqueo). Otras aplicaciones incluyen soldadura ultrasónica, soldadura por ola.
Además, estas aleaciones se utilizan en automóviles, especialmente en carreras de automóviles y motocicletas, donde el peso reducido, la alta resistencia y la rigidez son extremadamente importantes.
El titanio se usa en muchos artículos deportivos: raquetas de tenis, palos de golf, defensas de lacrosse; Cascos de cricket, hockey, lacrosse y fútbol, así como cuadros y componentes de bicicletas.
Debido a su durabilidad, el titanio se ha vuelto más popular para las joyas de diseñador (en particular, los anillos de titanio). Su inercia lo convierte en una buena opción para las personas con alergias o para quienes usan joyas en entornos como las piscinas. El titanio también se alea con oro para producir una aleación que se puede vender como oro de 24 quilates, porque el 1% del Ti dopado no es suficiente para requerir una menor ley. La aleación resultante es aproximadamente la dureza del oro de 14 quilates y más duradera que el oro puro de 24 quilates.
Precauciones de seguridad
El titanio no es tóxico, incluso en grandes dosis . En forma de polvo o en forma de virutas metálicas, presenta un grave peligro de incendio y, cuando se calienta en el aire, existe peligro de explosión.
Propiedades y aplicación de las aleaciones de titanio.
A continuación se muestra una descripción general de las aleaciones de titanio más comunes, que se dividen en clases, sus propiedades, ventajas y aplicaciones industriales.
Grado 7
La clase 7 es mecánica y físicamente equivalente a la clase 2 de titanio puro, con la excepción de la adición de un elemento intermedio de paladio, que lo convierte en una aleación. Tiene una excelente soldabilidad y elasticidad, la más resistente a la corrosión de todas las aleaciones de este tipo.
La clase 7 se utiliza en procesos químicos y componentes de equipos de producción.
Grado 11
La clase 11 es muy similar a la clase 1, con la excepción de la adición de paladio para aumentar la resistencia a la corrosión, lo que la convierte en una aleación.
Otras propiedades útiles incluyen una óptima ductilidad, resistencia, tenacidad y excelente soldabilidad. Esta aleación se puede utilizar especialmente en casos donde la corrosión causa problemas:
- tratamiento químico;
- producción de clorato;
- desalinizacion
- Aplicaciones marinas.
Ti 6Al-4V, clase 5
La aleación Ti 6Al-4V, o titanio grado 5, es la más utilizada. Representa el 50% del consumo total de titanio en todo el mundo.
La facilidad de uso radica en sus muchas ventajas. Ti 6Al-4V puede tratarse térmicamente para aumentar su resistencia. Esta aleación tiene alta resistencia con poca masa.
Es la mejor aleación para su uso en varias industrias, como la industria aeroespacial, médica, marina y de procesos químicos. Se puede utilizar para crear:
- turbinas de aviones;
- componentes del motor;
- elementos estructurales de la aeronave;
- sujetadores aeroespaciales;
- piezas automáticas de alto rendimiento;
- equipamiento deportivo.
Ti 6AL-4V ELI, clase 23
Clase 23 - titanio quirúrgico. La aleación Ti 6AL-4V ELI, o clase 23, es una versión de mayor pureza de Ti 6Al-4V. Puede estar hecho de bobinas, filamentos, alambres o alambres planos. Es la mejor opción para cualquier situación cuando se requiere una combinación de alta resistencia, baja masa, buena resistencia a la corrosión y alta viscosidad. Tiene una excelente resistencia al daño.
Se puede usar en aplicaciones biomédicas como componentes implantables debido a su biocompatibilidad y buena resistencia a la fatiga. También se puede utilizar en procedimientos quirúrgicos para la fabricación de tales estructuras:
- pasadores y tornillos ortopédicos;
- pinzas para ligaduras;
- aparatos quirurgicos;
- manantiales
- aparatos de ortodoncia;
- vasos criogénicos;
- Dispositivos de fijación ósea.
Grado 12
La clase 12 de titanio tiene una excelente soldabilidad de alta calidad. Es una aleación de alta resistencia que proporciona buena resistencia a altas temperaturas. El titanio clase 12 tiene características similares a los aceros inoxidables de la serie 300.
Su capacidad para formarse de varias maneras lo hace útil en muchas aplicaciones. La alta resistencia a la corrosión de esta aleación también la hace inestimable para los equipos de producción. La clase 12 se puede utilizar en las siguientes industrias:
- intercambiadores de calor;
- aplicaciones hidrometalúrgicas;
- Producción química de alta temperatura;
- Componentes marinos y aéreos.
Ti 5Al-2, 5Sn
Ti 5Al-2, 5Sn es una aleación que puede proporcionar una buena soldabilidad con resistencia. También tiene estabilidad a altas temperaturas y alta resistencia.
Ti 5Al-2, 5Sn se utiliza principalmente en la industria de la aviación, así como en plantas criogénicas.