Fabricación de láminas de titanio: La guía definitiva

 

Antes de fabricar chapa de titanio, lea esta guía.

Le guiará sobre las propiedades y varios procesos de fabricación. Además, también conocerá las diversas aplicaciones de las partes fabricadas de titanio.

Comencemos de inmediato.

Propiedades del Titanio a Considerar en la Fabricación de Chapa Metálica

Al emplear titanio en la fabricación de chapa metálica, considere las siguientes propiedades:

i. Composición

El titanio ocurre de forma natural y se puede encontrar en su estado puro o como una aleación. Trabajar con titanio en su forma pura es desafiante, mientras que su combinación con aluminio y vanadio crea la aleación más común.

ii. Durabilidad

El titanio ofrece una resistencia excepcional a la corrosión y puede soportar temperaturas extremadamente altas. Por lo tanto, el titanio es esencial en la fabricación de piezas destinadas a ser utilizadas en entornos hostiles con presencia de productos químicos y humedad.

iii. Elasticidad

El rendimiento elástico del titanio palidece en comparación con el acero, lo que dificulta su mecanizado y la producción de piezas únicas. En consecuencia, esto aumenta considerablemente el costo de procesamiento.

iv. Dureza

El acero ofrece una mejor característica de dureza que el titanio y, por lo tanto, es una mejor opción cuando la dureza es necesaria. Las aleaciones de titanio pueden ofrecer un mejor rendimiento de dureza, pero aún así inferior al del acero.

v. Peso

El uso del titanio se debe a su baja densidad y excelente relación resistencia-peso. Por lo tanto, donde su aplicación requiere la fabricación de material resistente pero ligero, el titanio es una excelente opción.

vi. Resistencia a la tracción

A pesar de su superior resistencia por unidad, la resistencia a la tracción del titanio es inferior a la del acero. El uso del titanio es deseable donde tanto la resistencia como el peso son consideraciones importantes, como en los diseños de aeronaves.

Aleaciones de Titanio Aplicables en la Fabricación de Chapa Metálica

 Corte con Láser de Titanio

Algunas de las aleaciones y grados de titanio ampliamente utilizados en la fabricación de chapa metálica son:

A. Aleaciones Alfa: Estas comprenden estabilizadores alfa como oxígeno y aluminio y/o elementos aleantes neutros como estaño. Estas aleaciones de titanio no están sujetas a tratamiento térmico y, por lo tanto, solo se trabajan en frío durante la fabricación.

B. Aleaciones Casi Alfa: Tienen una presencia mínima de fase beta dúctil con alrededor del dos por ciento de estabilizadores como vanadio, silicio o molibdeno. Estas aleaciones responden bien al estirado durante la fabricación.

C. Aleaciones Alfa y Beta: Contienen una combinación de estabilizadores de persuasión alfa y beta, son metaestables y responden al tratamiento térmico.

D. Aleaciones Beta y Casi Beta: Tienen suficientes estabilizadores beta como silicio, vanadio y molibdeno, al tiempo que muestran metaestabilidad. Los estabilizadores beta ayudan a retener la fase beta, permitiendo al mismo tiempo la mejora de la resistencia mediante el envejecimiento y el tratamiento de solución.

Procesos de Fabricación en la Fabricación de Chapa de Titanio

La fabricación de chapa de titanio implica los siguientes procesos de fabricación:

 Mecanizado de Chapa de Titanio

Maquinado

Cuando mecanice titanio, considere el “galling”, que es su tendencia a manchar otros metales y su conductividad térmica comparativamente pobre. Utilice una máquina robusta con un filo de corte refinado utilizando cortes lentos y densos con lubricación para la eliminación de virutas.

  • Planificación: Teniendo en cuenta la rigidez, la velocidad y la alimentación requeridas de la máquina, es posible dar forma y planificar fácilmente el titanio. El uso de herramientas de carburo de tungsteno de gran radio produce un chip fino y amplio.
  • Perforación: Emplee brocas de acero de alta velocidad intermitentes al perforar titanio, haciendo los agujeros lo menos profundos posible. Retirar la broca periódicamente para retirar las virutas y emplear lubricación por inundación para reducir la fricción es esencial al hacer agujeros más profundos.

Doblado

Las dobladoras hidráulicas forman secciones angulares y en forma de canal empleando un troquel y una matriz de canal. La profundidad del golpe del troquel determina la flexión y la tolerancia de rebote con disulfuro de molibdeno como lubricante.

Doblado de lámina de titanio

Trabajo en caliente

Las temperaturas al trabajar en caliente el titanio son un poco más bajas que las empleadas para los aceros. A altas temperaturas, mantener el titanio durante un breve período antes de forjar para reducir la contaminación superficial que aumenta rápidamente con la temperatura.

trabajo en caliente

Forjado

El titanio comparte métodos similares de forjado con prensa y martillo que los aceros de baja aleación. Los requisitos de recalentamiento reducido y una planta de fabricación bien diseñada reducen la contaminación durante el proceso.

Al forjar por gota, emplee contornos de troqueles con filetes y radios más anchos que los del acero debido a la menor expansión térmica del titanio. Realice el recorte en un ambiente caliente y sucesivamente desde el martilleo para reducir el precalentamiento.

Tratamiento térmico

Utilizar un horno estándar para calentar titanio resultará en contaminación superficial y probable absorción de hidrógeno. Un horno eléctrico es preferible, ya que presenta una menor absorción de hidrógeno.

Los hornos de combustión de combustible no son apropiados, ya que el titanio recoge rápidamente cualquier presencia de hidrógeno del ambiente, lo que es perjudicial para piezas delgadas. Las temperaturas de recocido y precalentamiento más altas, inevitablemente, causan endurecimiento superficial a través de la difusión de oxígeno, lo que requiere un tratamiento superficial.

Formación

Algunas de las técnicas de formación más comunes que puede considerar incluyen:

i. Formación por martilleo en caliente

Al realizar la formación por martilleo en caliente con titanio, se requiere la aplicación de calor empleando preformados calentados. La deformación tiene que ser por estiramiento o flexión debido a las pobres propiedades de contracción del titanio.

El titanio puede requerir matrices de etapas adicionales que otros materiales debido a su baja ductilidad. El corte por fricción recorta las piezas formadas por martilleo en caliente con almohadillas de goma dura utilizadas para aplicar presión adicional para abordar las deformaciones.

ii. Formación por hidroprensa

La formación de titanio en una hidroprensa es desafiante debido al rebote, la alta resistencia elástica y la restricción de contracción. El uso de preformados calentados reduce estos problemas, con la aplicación de alta presión sobre el titanio permitiendo piezas completamente formadas.

iii. Formación por estirado

El estirado generalmente tiene éxito después de la formación en freno y el recocido al fabricar titanio resultando en secciones en canal y curvas. Las variaciones en la resistencia elástica crean un rebote incontrolable, mientras que la fluctuación de calibre puede resultar en estrangulamiento local.

También puede crear partes curvas en titanio combinando un acabado de forma caliente con el alivio de tensiones a través del estiramiento en frío o en caliente.

Embute profundo

El embutido profundo de piezas de titanio requiere una prensa hidráulica con altas fuerzas de conformado en lugar de una prensa mecánica tradicional. Cuando se realiza en etapas con recocidos intermedios, este enfoque puede producir embutidos muy profundos.

Soldadura

Soldadura
Algunas de las técnicas de soldadura que puede emplear con titanio son TIG, MIG, por puntos y por costura, por haz de electrones y soldadura por plasma. Los cambios de fase y la contaminación son propiedades esenciales del titanio (y aleaciones) durante la soldadura.

El titanio puro y las aleaciones de fase alfa producen soldaduras fuertes y relativamente dúctiles pero con una relación baja de resistencia a la tracción y al corte. Las aleaciones beta producen soldaduras por puntos que son frágiles debido al endurecimiento por transformación.

La soldadura por fusión de titanio requiere medidas de precaución para prevenir la contaminación del cordón de soldadura fundido. El empleo de un ambiente controlado y técnicas de arco con gas inerte (helio o argón) puede resultar en soldaduras sólidas.

Tratamiento de superficies y desescalado

Calentar titanio o sus aleaciones en un horno abierto causa la formación de óxidos y/o nitruros que requieren eliminación para mantener las propiedades mecánicas. El tratamiento de superficies utilizando sosa cáustica a alta temperatura durante un período definido puede inducir el desescalado.

Ventajas de usar piezas de titanio fabricadas

El empleo de titanio en la fabricación de láminas metálicas tiene los siguientes beneficios:

i. Protección contra la corrosión

El titanio reacciona con el oxígeno atmosférico para formar una capa delgada de óxido que es impenetrable y protege el metal subyacente de agentes corrosivos. En consecuencia, se pueden fabricar láminas de titanio para aplicaciones exteriores expuestas.

ii. Punto de fusión elevado

El titanio tiene un punto de fusión elevado, lo que lo hace ideal para la fabricación de piezas empleadas en aplicaciones de alta temperatura. Además, esta propiedad permite al titanio resistir cambios de temperatura, manteniendo así su integridad estructural.

iii. Relación peso/resistencia elevada

El titanio ofrece una inmensa resistencia a pesar de su poco peso, lo que lo hace ideal donde el peso y la resistencia son un problema. Aunque su resistencia es comparable a la del acero, es una opción más ligera que se utiliza en áreas como la aviación.

iv. No tóxico y biocompatible

El titanio no es peligroso debido a su inercia química, por lo que no representa ningún peligro para los organismos vivos y el medio ambiente. Por lo tanto, es posible fabricar piezas para su uso en el mundo médico, como implantes corporales y ortesis.

v. Reciclable
La inercia del titanio le permite resistir la erosión con el tiempo, lo que hace que su costo de vida útil sea más bajo que el de la mayoría de los metales. Además, se puede reciclar el titanio y fabricar otras piezas útiles, lo que mitiga sus costos de producción habitualmente altos.

Limitaciones del Uso del Titanio en la Fabricación de Chapa Metálica

Algunas de las limitaciones en la fabricación de chapa metálica de titanio incluyen:

a. Alto Costo

El titanio es un metal costoso gracias a su complicado proceso de producción. Las dificultades en la fabricación de titanio limitan su uso a pesar de sus propiedades superiores.

b. Dificultades en la Fundición y Fabricación

La fundición de titanio es un proceso cargado de gran dificultad dadas sus características únicas como la resistencia y el alto punto de fusión. La fabricación de láminas de titanio implica numerosos procedimientos controlados de cerca para garantizar piezas de calidad.

c. Deformación

El titanio tiene un módulo elástico bajo, lo que lo hace susceptible a la deformación al aplicar métodos rigurosos de fabricación. Como consecuencia, el titanio requiere una fabricación meticulosa para evitar defectos como el pandeo y dobleces no deseados.

d. Acoplamiento Galvánico

El titanio crea un par galvánico cuando entra en contacto directo con otro metal bajo un electrolito, acelerando la corrosión de uno o ambos metales. El acoplamiento galvánico dificulta la fabricación de láminas de titanio que emplean otros elementos, ya que suele ser el catalizador.

Aplicación de Piezas de Titanio Fabricadas en Chapa Metálica

Las piezas transformadas a partir de la fabricación de láminas de titanio se utilizan en las siguientes industrias:

i. Aeroespacial

La capacidad del titanio para resistir la corrosión y el calor junto con su impecable relación resistencia-peso permite su uso en aplicaciones de aviación. Las piezas de titanio ayudan a construir partes de aeronaves como estructuras de aviones y motores a reacción.

ii. Generación de Energía

El uso de piezas de titanio en la generación de energía se ejemplifica en instancias como la fabricación de cortafuegos y conjuntos de protección.

iii. Automotriz

La aplicación automotriz del titanio se limita a vehículos de alto rendimiento debido a los altos costos de fabricación. Piezas del motor como resortes y pasadores de muñequilla utilizan titanio fabricado.

iv. Industria Petrolera

La resistencia a la corrosión del titanio permite su uso en plataformas de extracción de petróleo en alta mar y equipos como ductos de producción.

v. Biomédica

El titanio y sus aleaciones encuentran un uso extensivo en el mundo médico para crear implantes como placas óseas y reemplazos articulares.

Conclusión

Como puedes ver, la fabricación de metal de titanio es práctica y ligeramente desafiante. Esperamos que la información en esta guía te ayude a lograr una exitosa fabricación de láminas de titanio.

Más Recursos:

Titanio – Fuente: Wikipedia

Aleación de Titanio – Fuente: Wikipedia

Piezas de Chapa Metálica Doblez – Fuente: KDMFAB

Fabricación de Titanio – Fuente: Total Materia

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