Metalurgia

Los productos fabricados del titanio, disponibles tanto en los grados comercialmente puros como en aleaciones, se pueden agrupar en tres categorías según la fase o fases predominantes en su microestructura alfa, alfa-beta y beta. Aunque cada uno de estos tres tipos generales de aleaciones requieren metodologías de procesamiento específicas y diferentes, cada uno ofrece un conjunto de propiedades únicas que brindan ventajas para cada aplicación.

En el titanio puro, la fase alfa caracterizada por una estructura empaquetada cristalina hexagonal es estable desde la temperatura ambiente hasta aproximadamente 882°C (1620°F). La fase beta en el titanio puro tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo y es estable desde aproximadamente 882°C (1620°F) hasta el punto de fusión de casi 1688°C (3040°F).

Efectos de los elementos de aleación

El agregado selectivo de los elementos de aleación al titanio permite una amplia gama de propiedades físicas y mecánicas que se pueden obtener. Los efectos básicos de una cantidad de elementos de aleación son:

• Ciertos agregados de aleación, en especial el aluminio e intersticiales (O, N,C), tienden a estabilizar la fase alfa, es decir, aumentan la temperatura a la cual la aleación se transformará completamente a la fase beta. Esta temperatura se conoce como temperatura transus beta.
• La mayoría de los agregados de aleación como el cromo, el niobio, el cobre, el hierro, el manganeso, el molibdeno, el tantalio y el vanadio estabilizan la fase beta al bajar la temperatura de transformación (de alfa a beta).
• Algunos elementos como, en especial, el estaño y el zirconio , se comportan como solutos neutrales en titanio y tienen poco efecto en la temperatura de transformación, actuando como fortalecedores de la fase alfa.

Las microestructuras de aleaciones de titanio se caracterizan por varios agregados de aleaciones y procesamiento. Se ilustra una descripción de varios tipos de aleaciones y fotomicrografías típicas de varios productos fabricados.

Aleaciones alfa

Las aleaciones de fase única y casi fase única alfa exhiben buena soldabilidad. El contenido generalmente alto de aluminio de este grupo de aleaciones asegura excelentes características de solidez y resistencia a la oxidación a temperaturas elevadas (en el rango de 316-593°C (600 - 1100°F)). Las aleaciones alfa no pueden termotratarse para desarrollar una resistencia superior ya que son aleaciones de fase única.

Aleaciones alfa-beta

El agregado de cantidades controladas de elementos de aleación estabilizadores beta hacen que la fase beta persista por debajo de la temperatura beta-transus, hacia la temperatura ambiente, lo cual produce un sistema de dos fases. Incluso pequeñas cantidades de estabilizadores beta estabilizarán la fase beta a la temperatura ambiente. Un grupo de aleaciones diseñadas con grandes cantidades de estabilizadores alfa y con una pequeña cantidad de estabilizadores beta son aleaciones alfa-beta, llamadas habitualmente aleaciones super alfa o casi alfa.

Cuando se agregan grandes cantidades de estabilizadores beta, un porcentaje más alto de la fase beta se retiene a la temperatura ambiente. Dichas aleaciones de titanio de dos fases pueden fortalecerse en forma significativa mediante un tratamiento ´termico que enfría rápidamente desde una temperatura alta en la gama alfa-beta, seguida por un ciclo de envejecimiento a una temperatura algo más baja.

La transformación de la fase beta que normalmente ocurriría en el enfriado lento, se reemplaza por el enfriamiento rápido. El ciclo de envejecimiento causa la precipitación de las partículas finas alfa desde el metaestable beta, brindando una estructura que es más fuerte que la alfa beta recocida.

Aleaciones beta

El alto porcentaje de elementos estabilizadores beta en este grupo de aleaciones de titanio crea una microestructura que es metaestable beta después del recocido de la solución. El fortalecimiento amplio puede ocurrir por la precipitación de alfa durante el envejecimiento.