Titanio

El titanio, que parece acero y tiene un brillo gris plateado, es un metal de transición y se ha considerado un metal raro durante algún tiempo en el pasado. El titanio no es un metal raro, el titanio en la corteza terrestre representa aproximadamente el 0.42% del peso total, es cobre, níquel, plomo, zinc combinados 16 veces. Ocupa el séptimo lugar en el mundo de los metales, hay más de 70 minerales que contienen titanio. El titanio tiene alta resistencia, baja densidad, alta dureza, alto punto de fusión y fuerte resistencia a la corrosión. El titanio de alta pureza tiene buena plasticidad, pero se vuelve quebradizo y duro cuando hay impurezas presentes.

Las aleaciones de titanio se pueden dividir según diferentes métodos de clasificación, principalmente según la estructura organizativa, la temperatura de uso, el uso y las características y otras formas de clasificación. 12

Según la clasificación de la estructura: la aleación de titanio se puede dividir en aleación de titanio, + aleación de titanio y aleación de titanio. -La aleación de titanio es una aleación de solución sólida monofásica con microestructura estable, fuerte resistencia al desgaste y resistencia a la oxidación, pero no alta resistencia a temperatura ambiente. -La aleación de titanio es una aleación de solución sólida monofásica, que tiene alta resistencia sin tratamiento térmico y puede fortalecerse aún más después del tratamiento térmico, pero la estabilidad térmica es pobre. + La aleación de titanio es una aleación bifásica con buenas propiedades integrales, como tenacidad, plasticidad y propiedades de deformación a alta temperatura, y puede fortalecerse mediante tratamiento térmico.

Según el uso de la clasificación de temperatura: la aleación de titanio se puede dividir en aleación de titanio de estructura de aeronave y aleación de titanio de estructura de motor, etc., de acuerdo con el uso específico de la temperatura y los requisitos de rendimiento para elegir.

Clasificación por uso y características: Las aleaciones de titanio se pueden subdividir en aleaciones de titanio de baja resistencia, aleaciones de titanio de resistencia media, aleaciones de titanio de alta resistencia, aleaciones de titanio de resistencia ultra alta, aleaciones de titanio con tolerancia al daño, aleaciones de titanio de alto rendimiento y bajo costo, etc., para satisfacer las necesidades de diferentes campos y aplicaciones.

Clasificación por proceso de producción: Las aleaciones de titanio se pueden dividir en aleaciones de titanio fundido, aleaciones de titanio deformado y aleaciones de titanio en polvo, que se clasifican según la tecnología de producción y procesamiento específica.

Según la clasificación de la estructura de recocido: la aleación de titanio se puede dividir en aleación de titanio, aleación de titanio + y aleación de titanio ε en tres categorías, según la estructura de recocido de la división.

Debido a sus excelentes propiedades integrales, como alta resistencia, buena resistencia a la corrosión y resistencia al calor, la aleación de titanio se usa ampliamente en la aviación, la industria aeroespacial, la industria química, el desarrollo marino y otros campos. Los diferentes tipos de aleaciones de titanio tienen sus propias características y ventajas para satisfacer las necesidades de diferentes escenarios de aplicación.

Respuesta mecánica del material de titanio a la tensión o carga aplicada. La temperatura de carga, la tasa de deformación y el medio ambiental afectan las propiedades mecánicas. Las principales propiedades mecánicas (des)mecánicas son: límite elástico y resistencia a la fractura, elongación, contracción superficial y trabajo de impacto, resistencia a la fatiga y límite de fatiga, tenacidad a la fractura y tasa de crecimiento de grietas por fatiga y resistencia a la fluencia.

Resistencia a la fluencia (σ0.2) y resistencia a la fractura (σF) La resistencia del titanio puro industrial y de la aleación de titanio (de) está relacionada con el contenido de elementos de posición intersticio (de) [O], [N], [C] y otros elementos (de) en el material, y estos elementos generalmente se integran juntos y se especifican como oxígeno equivalente [O]eq, que se calcula de la siguiente manera: [O]eq=[O]+2[N]+0.75[C](porcentaje atómico). Con el aumento de [O]eq(de), la resistencia a la fluencia del material de titanio (de) aumenta significativamente. La resistencia a la fluencia está estrechamente relacionada con la microestructura, por ejemplo, + aleación de titanio (Ti-6Al-4V) estructura isométrica fina (de) (de) la resistencia a la fluencia y la resistencia a la fractura más altas, pueden alcanzar 1120MPa y 1505MPa, respectivamente.

La mezcla de fase isométrica primaria y acicular fina (o lámina) (de) se llama estructura dimórfica, y su resistencia a la fractura (1455 MPa) es mayor que la de la isométrica gruesa (de) (0 MPa). La estructura acicular completa (de)σ0.2 es la más baja. La resistencia a la fractura de las aleaciones de titanio metaestables, como Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, se ve afectada por la deformación por laminado en frío, el tratamiento de solución y la velocidad de enfriamiento (de).

El aumento de la elongación, la contracción y la energía de impacto [O]eq disminuye la elongación del titanio a temperatura ambiente (de). [N](de) tiene el mayor efecto, seguido de [O] y luego [C]. El recocido durante un tiempo prolongado (500 h) puede hacer que la contracción de la superficie y el trabajo de impacto del titanio puro industrial (de) aparezcan en el valor más bajo cerca de los 500 grados. El alargamiento a alta temperatura es de alrededor de 500 grados, y también aparece el valor mínimo. Cuando la tasa de tracción ε es 2,7 × 10-5/s, el rendimiento del titanio puro industrial es particularmente obvio. El alargamiento del titanio de cristal fino (6 μm) a alta temperatura no disminuyó.

La elongación o fractura de la estructura isaaxial fina (de) de la aleación de titanio + se enfría con agua después de la solución 4V a 1088K. La fase se puede inducir en martensita durante la deformación, lo que demuestra que la energía de impacto Charpy y la tenacidad de fractura dinámica mejoran significativamente a 223K(de). Al mismo tiempo, también aumentan la elongación y la deformación por fractura. La resistencia a la fluencia, la resistencia a la fractura y la elongación de las aleaciones Ti-5Al-2.5Fe y Ti-6Al-4V (de) se pueden aumentar en un 8% ~ 15%, 5% ~ 13% y 7% ~ 14% respectivamente utilizando el nuevo proceso de tratamiento con hidrógeno.

Resistencia a la fatiga y límite de fatiga El titanio puro industrial tiene un límite de fatiga (de) definido, que aumenta con el aumento de oxígeno equivalente y disminuye con el engrosamiento del grano. La resistencia a la fatiga (σN) de Ti-6Al-4V(de) (es decir, la vida útil de 107 semanas (de) rango de tensión) depende tanto de la estructura de la aleación (de) como del medio ambiente (de) durante la prueba. La estructura equiaxial gruesa (de) tiene el σN más bajo, menos de 500 MPa, y en aire y solución de NaCl al 3,5 %, la estructura bidimensional (de) tiene un σN más alto, hasta 650 ~ 700 MPa. En las aleaciones de titanio, las propiedades de fatiga de las muestras lisas (de) con microestructura equiaxial + son mejores que las de la microestructura transformada (de), y la vida de iniciación de grietas por fatiga (de) de las primeras es más larga. Sin embargo, la resistencia a la propagación de grietas por fatiga de la estructura transformada (de) es mayor.

La tenacidad a la fractura por deformación plana de la aleación de titanio (de) está estrechamente relacionada con su microestructura. Independientemente del nivel de resistencia, la tenacidad a la fractura KIC formada por el procesamiento es mayor que la de la estructura isémica de la misma resistencia (de), pero la elongación (de) convencional se daña. Aunque se determina la composición de la aleación de titanio +, debido a la diferente experiencia de tratamiento térmico (de), puede parecer una microestructura (de) muy diferente. Aunque el límite elástico es casi el mismo, la tenacidad a la fractura de diferentes materiales orientados (de) es muy diferente. La KIC de la estructura gruesa (de) fue un 22% mayor que la de la estructura fina (de) en la orientación TL (de) de la placa gruesa de Ti-6Al-4V. Para lograr un equilibrio adecuado entre la tenacidad a la fractura y la elongación convencional, se puede realizar un tratamiento térmico para obtener una estructura de dos estados (de). El efecto de la microestructura de la aleación Ti-6Al-4V (de) sobre el módulo de desgarro (TR) de crecimiento lento de grietas (de) es más significativo que el de la tenacidad a la fractura (JIC) (de). Si hay una fase metaestable en la aleación, la "martensita inducida durante la deformación es útil para mejorar la tenacidad a la fractura a una temperatura más baja (de). La tenacidad a la fractura de la aleación de titanio de tipo -(de) se ve afectada por la precipitación de 2(Ti3Al) (de), la resistencia aumenta y la KIC disminuye.

La tenacidad a la fractura de la aleación de titanio está determinada principalmente por la fase (de) de precipitación de la fase. La aleación Ti-15-3 se envejece a alta temperatura y luego a baja temperatura, hay tanto fase gruesa como fase fina (de) en la microestructura, y la resistencia y la tenacidad a la fractura se equilibran satisfactoriamente. Aleación de titanio Ti-15-3 fundida (de)KIC y aleación de titanio Ti-6Al-4V equivalente. Mejorar la tenacidad a la fractura (de) de la aleación de titanio es un factor metalúrgico y también es un factor para reducir la tasa de crecimiento de grietas por fatiga (da/dN)(de).

La resistencia a la fluencia de las aleaciones de titanio cercanas es de 400 a 500 grados de temperatura alta (de) y su resistencia a la fluencia más alta se obtiene enfriándolas a temperatura ambiente después del tratamiento térmico en la zona de fase (de). El uso de aleaciones de titanio (de) a temperaturas más altas daña sus propiedades mecánicas debido a la aparición de inestabilidad metalúrgica, precipitación de Ti3X en fase ordenada, precipitación de silicatos y formación de una capa superficial rica en oxígeno.

¿Cuál es el uso del metal titanio?
Debido a que la aleación de titanio también tiene una buena compatibilidad con el cuerpo humano, la aleación de titanio también se puede utilizar como hueso artificial. El circonio es un material químico utilizado en la industria de la energía atómica y como material resistente a la corrosión a alta temperatura y presión, pero su actividad en solución es superada solo por el sodio.

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