Ti-48Al-2Cr-2Nb es una aleación intermetálica avanzada con excelentes propiedades para aplicaciones de alta temperatura. En este artículo se ofrece una visión completa del Ti-48Al-2Cr-2Nb, incluida su composición, propiedades, aplicaciones, especificaciones, precios, manipulación, inspección, comparaciones con otras aleaciones, etc.
Composición Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb tiene la siguiente composición típica:
| Elemento | Peso % |
|---|---|
| Titanio (Ti) | 48% |
| Aluminio (Al) | 48% |
| Cromo (Cr) | 2% |
| Niobio (Nb) | 2% |
Esta aleación de aluminuro de titanio tiene partes aproximadamente iguales de titanio y aluminio, con pequeñas adiciones de cromo y niobio.
El alto contenido de aluminio da como resultado un material intermetálico ligero. El cromo mejora la resistencia a la oxidación a altas temperaturas. El niobio refuerza la aleación mediante el fortalecimiento por solución sólida y genera precipitados finos.
Propiedades del Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb posee una combinación deseable de propiedades:
| Propiedad | Detalles |
|---|---|
| Densidad | 3,7 g/cm3, muy bajo comparado con las superaleaciones de níquel |
| Punto de fusión | Más de 1400°C |
| Fuerza | Excelente a temperatura ambiente y alta temperatura |
| Resistencia a la oxidación | Bueno hasta 700°C |
| Resistencia a la corrosión | Resistente a muchos productos químicos |
| Conductividad térmica | Bajo, alrededor de 16 W/m-K |
| Dilatación térmica | Razonablemente bajo |
| Tolerancia al daño | Superior a otros intermetálicos |
| Resistencia a la fluencia | Bien |
| Resistencia a la fatiga | 110 MPa a 10^7 ciclos |
| Resistencia a la fractura | Alrededor de 20 MPa-m^1/2 |
Las propiedades del Ti-48Al-2Cr-2Nb lo hacen adecuado para muchas aplicaciones estructurales de alta temperatura hasta 700°C. La baja densidad se traduce en una elevada resistencia específica.
Aplicaciones Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb se utiliza en:
- Componentes de motores de turbina de gas
- Ruedas turboalimentadas
- Válvulas para automóviles
- Estructuras aeronáuticas y aeroespaciales
- Fijaciones de alta temperatura
- Componentes para procesos químicos
Esta aleación se utiliza mucho en motores aeronáuticos por su elevada relación resistencia-peso a temperaturas elevadas. También se utiliza en componentes de turbocompresores de automóviles.
Especificaciones Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb está cubierto por las siguientes normas:
| Estándar | Detalles |
|---|---|
| AMS 4988 | Composición química y propiedades |
| AMS 4989 | Chapa, fleje y placa |
| AMS 4990 | Barra, palanquilla, alambre |
| AMS 4991 | Piezas forjadas |
| AMS 4992 | Piezas de fundición |
La aleación está disponible en diversas formas, como planchas, chapas, barras, palanquillas, alambres, piezas forjadas y fundidas.
Los tamaños habituales oscilan entre 0,010 y 4,0 pulgadas de grosor para chapas y placas, y entre 0,25 y 16 pulgadas de diámetro para barras redondas.
Proveedores de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Algunos de los principales proveedores mundiales de Ti-48Al-2Cr-2Nb son:
| Proveedor |
|---|
| VSMPO |
| Tecnologías Allegheny |
| Special Metals Corporation |
| Aleaciones Supra |
| Aleaciones especiales de Australia Occidental |
Ti-48Al-2Cr-2Nb es una aleación especial con un coste superior al de los grados de titanio estándar. Los precios pueden variar de $50/lb a más de $200/lb en función del tamaño del producto, la forma, la calidad y el volumen del pedido.
Manipulación y almacenamiento de Ti-48Al-2Cr-2Nb
El Ti-48Al-2Cr-2Nb debe manipularse con cuidado para evitar daños, contaminación o deformaciones:
- Utilice herramientas limpias y guantes para manipular
- Evita rayar o rayar las superficies acabadas
- Almacenar en un lugar fresco y seco y mantener cerrado en bolsas o cajas
- Proteger de la exposición química durante el almacenamiento
- Deje que las piezas se enfríen completamente después de procesarlas antes de almacenarlas
La aleación puede ser propensa a agrietarse si se maneja mal. Debe tenerse cuidado para evitar caídas, impactos o esfuerzos de flexión excesivos.
Inspección y ensayo de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Las piezas y materiales de Ti-48Al-2Cr-2Nb pueden probarse e inspeccionarse mediante:
| Método | Propósito |
|---|---|
| Inspección visual | Comprobación de defectos e imperfecciones |
| Pruebas con líquidos penetrantes | Detectar grietas y poros superficiales |
| Inspección por ultrasonidos | Detección de defectos internos |
| Pruebas de corrientes de Foucault | Detectar defectos superficiales y cercanos a la superficie |
| Pruebas | Verificar la resistencia y revelar grietas |
| Pruebas de tracción | Medir las propiedades de tracción |
| Metalografía | Análisis de microestructuras y defectos |
| Medición de la densidad | Comprobar la composición y la calidad |
| Pruebas de dureza | Determinar las propiedades mecánicas |
Se utilizan métodos destructivos y no destructivos para verificar la calidad de las piezas de Ti-48Al-2Cr-2Nb antes de ponerlas en servicio a altas temperaturas.
Ti-48Al-2Cr-2Nb frente a Ti-47Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb difiere ligeramente de la aleación Ti-47Al-2Cr-2Nb en el contenido de aluminio:
| Aleación | Al Contenido | Propiedades y aplicaciones |
|---|---|---|
| Ti-48Al-2Cr-2Nb | 48 wt% | Mayor resistencia, utilizado en turbocompresores y fuselajes |
| Ti-47Al-2Cr-2Nb | 47 wt% | Mejor ductilidad, utilizado en fijaciones y motores |
El aluminio 1% superior en Ti-48Al-2Cr-2Nb le confiere una resistencia a alta temperatura marginalmente superior, pero una ductilidad a temperatura ambiente ligeramente inferior a la de Ti-47Al-2Cr-2Nb. Por lo demás, las dos aleaciones son muy similares.
Ti-48Al-2Cr-2Nb frente a Ti-46Al-2Cr-2Nb
El Ti-48Al-2Cr-2Nb puede compararse con el Ti-46Al-2Cr-2Nb del siguiente modo:
| Aleación | Al Contenido | Propiedades y usos |
|---|---|---|
| Ti-48Al-2Cr-2Nb | 48 wt% | Mayor resistencia para turbinas y estructuras |
| Ti-46Al-2Cr-2Nb | 46 wt% | Mejor ductilidad, utilizado en chapas y piezas forjadas |
El Ti-48Al-2Cr-2Nb tiene más aluminio que el Ti-46Al-2Cr-2Nb, lo que le confiere mayor resistencia pero menor conformabilidad a temperatura ambiente. El Ti-46Al-2Cr-2Nb se utiliza más en chapas y componentes forjados.
Ti-48Al-2Cr-2Nb frente a Ti-48Al-2Cr
Principales diferencias entre Ti-48Al-2Cr-2Nb y Ti-48Al-2Cr:
| Aleación | Nb Contenido | Efecto sobre las propiedades |
|---|---|---|
| Ti-48Al-2Cr-2Nb | 2% | Mayor fuerza y resistencia a la fluencia |
| Ti-48Al-2Cr | – | Menor resistencia, menor endurecimiento por precipitación |
La adición de niobio 2% tiene un importante efecto de refuerzo en Ti-48Al-2Cr-2Nb en comparación con la aleación Ti-48Al-2Cr sin niobio. Esto hace que sea preferible para piezas giratorias críticas.
Ti-48Al-2Cr-2Nb frente a Ti-47Al-2Mn-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb y Ti-47Al-2Mn-2Nb presentan estas diferencias:
| Aleación | Elementos clave de aleación | Propiedades y aplicaciones |
|---|---|---|
| Ti-48Al-2Cr-2Nb | Cromo | Mayor capacidad de temperatura |
| Ti-47Al-2Mn-2Nb | Manganeso | Mayor ductilidad a temperatura ambiente |
El cromo del Ti-48Al-2Cr-2Nb mejora su resistencia a la oxidación a temperaturas más elevadas, mientras que el manganeso del Ti-47Al-2Mn-2Nb mejora su conformabilidad a temperatura ambiente.
Ventajas del Ti-48Al-2Cr-2Nb
Las principales ventajas del Ti-48Al-2Cr-2Nb son:
- Excelente relación resistencia-peso
- Buena resistencia a altas temperaturas
- Resistencia adecuada a la oxidación hasta 700°C
- Densidad inferior a la de las superaleaciones de níquel
- Puede ser fundido, forjado, mecanizado
- Mejor tolerancia a los daños que otros intermetálicos
Su combinación de baja densidad, buena resistencia y ductilidad razonable la convierten en una aleación idónea para motores de aviación y otras aplicaciones de alto rendimiento.
Limitaciones del Ti-48Al-2Cr-2Nb
Algunas limitaciones del Ti-48Al-2Cr-2Nb son:
- Menor ductilidad a temperatura ambiente que las aleaciones de titanio
- Comportamiento frágil a bajas temperaturas
- Coste más elevado que las aleaciones de titanio estándar
- Difícil de moldear y mecanizar en algunas formas de producto
- Susceptible de agrietarse si se manipula mal
- No apto para uso a más de 700°C
La menor ductilidad y resistencia a la fractura inherentes a la aleación pueden restringir su uso en algunos diseños y requieren un procesamiento cuidadoso.
Procesado Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb puede procesarse y fabricarse mediante:
- Fundición a la cera perdida
- Forja - matriz cerrada o isotérmica
- Laminado en caliente
- Tratamiento térmico - solución y envejecimiento
- Mecanizado - torneado, fresado, taladrado
La aleación requiere trabajo en caliente y tratamiento térmico para conseguir una microestructura y unas propiedades óptimas. Los métodos de producción habituales son la fundición y la forja.
Mecanizado Ti-48Al-2Cr-2Nb
El Ti-48Al-2Cr-2Nb tiene una buena maquinabilidad para un material intermetálico:
- Posibilidad de realizar operaciones de torneado, taladrado y fresado
- Utilizar montajes rígidos y herramientas afiladas con gran desprendimiento positivo.
- Se requieren velocidades de corte y avances moderados
- Utilice refrigerante de inundación o chorro de refrigerante a alta presión
- El material recocido se corta más fácilmente que el envejecido
- Se recomienda el uso de herramientas de metal duro en lugar de acero rápido
La naturaleza dura y abrasiva de la aleación significa que se necesitan velocidades y avances más bajos y una refrigeración adecuada en comparación con las aleaciones de titanio estándar. El recocido puede ablandar el material y mejorar la maquinabilidad.
Soldadura Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb tiene una soldabilidad limitada:
- Puede soldarse por arco de gas tungsteno (GTAW) o por arco de plasma
- La sensibilidad de las grietas requiere controles muy estrictos
- Requiere recocido previo o alivio de tensiones
- Hacer coincidir las composiciones de los metales base y de aportación
- Generalmente es necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura
- La soldadura por resistencia y por haz de electrones también puede funcionar
La zona afectada por el calor es propensa al agrietamiento de la soldadura, por lo que el diseño de la unión, los parámetros de soldadura y el tratamiento postsoldadura deben diseñarse para evitarlo.
Coste Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb es más caro que las aleaciones de titanio convencionales:
- Los precios oscilan entre $50/lb y más de $200/lb
- Su elevado coste limita su uso a aplicaciones de rendimiento crítico
- Los pedidos de grandes cantidades pueden reducir el coste por libra
- El coste también depende del tamaño, la forma y los requisitos de calidad del producto.
- Las calidades de fundición a presión suelen costar más que los productos forjados
La composición especializada, el procesamiento, el bajo rendimiento y los usos finales aeroespaciales contribuyen al precio más elevado del Ti-48Al-2Cr-2Nb en comparación con los grados de titanio estándar.
Ti-48Al-2Cr-2Nb - Preguntas frecuentes
A continuación encontrará respuestas a algunas preguntas frecuentes sobre el Ti-48Al-2Cr-2Nb:
P: ¿Qué es la aleación Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: Ti-48Al-2Cr-2Nb es una aleación intermetálica ligera avanzada compuesta por aproximadamente 48% de titanio, 48% de aluminio, 2% de cromo y 2% de niobio. Posee alta resistencia a temperaturas elevadas de hasta 700°C y baja densidad.
P: ¿Cuáles son las aplicaciones típicas del Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: El Ti-48Al-2Cr-2Nb se utiliza en componentes de motores aeronáuticos como álabes de compresores, ruedas de turbocompresores, fuselajes, fijaciones, válvulas y otras estructuras de alta temperatura en las que la relación resistencia-peso es crítica.
P: ¿Cuáles son las principales propiedades del Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: Entre sus propiedades clave se incluyen su baja densidad, buena resistencia a temperaturas elevadas, resistencia adecuada a la oxidación, ductilidad a temperatura ambiente y tenacidad a la fractura razonables para un intermetálico. Posee resistencias específicas muy superiores a las de las aleaciones de titanio y níquel.
P: ¿En qué se diferencia el Ti-48Al-2Cr-2Nb del Ti-6Al-4V?
R: El Ti-48Al-2Cr-2Nb tiene menor densidad y mayor temperatura de uso, pero menor ductilidad a temperatura ambiente y tenacidad a la fractura que la omnipresente aleación de titanio Ti-6Al-4V. El Ti-6Al-4V sigue siendo más duro y moldeable.
P: ¿Es soldable el Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: La soldabilidad del Ti-48Al-2Cr-2Nb es limitada debido a su susceptibilidad al agrietamiento por solidificación. Son necesarias precauciones especiales para el diseño de la unión, el precalentamiento, los parámetros de soldadura y el tratamiento térmico posterior a la soldadura.
P: ¿Qué tratamiento térmico se utiliza para el Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: Un tratamiento térmico típico es el tratamiento en solución por encima del transus gamma seguido de un envejecimiento a 800-850°C para conseguir una resistencia y ductilidad óptimas mediante el endurecimiento por precipitación.
P: ¿Cuál es el coste del Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: El Ti-48Al-2Cr-2Nb es bastante más caro que las aleaciones de titanio estándar, con precios que oscilan entre $50/lb y más de $200/lb en función de la cantidad, la calidad y el tamaño/forma del producto.
P: ¿Cuáles son las alternativas al Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: Otros aluminuros de titanio gamma, como Ti-45Al-2Mn-2Nb, Ti-47Al-2Cr-2Nb o Ti-46Al-2Cr-2Nb, ofrecen distintas combinaciones de propiedades a temperatura ambiente y a alta temperatura. Las superaleaciones de níquel también funcionan a temperaturas más elevadas.
P: ¿Qué precauciones hay que tomar al mecanizar Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: El Ti-48Al-2Cr-2Nb requiere configuraciones rígidas, herramientas afiladas, velocidades y avances moderados, refrigeración abundante, y es preferible recocido primero para mejorar la maquinabilidad. Es necesario un cuidadoso proceso de ingeniería para evitar el desgaste de las herramientas y dañar la aleación.
P: ¿Puede resumir los puntos clave sobre Ti-48Al-2Cr-2Nb?
R: Ti-48Al-2Cr-2Nb es una aleación ligera de aluminuro de titanio para altas temperaturas con buena resistencia hasta 700°C, baja densidad, resistencia a la oxidación y mejor ductilidad que otros intermetálicos. Es apta para motores aeronáuticos, pero cuesta mucho más que las aleaciones de titanio estándar. Un procesamiento y una manipulación adecuados son fundamentales para evitar el agrietamiento.