Titanio Ti-6Al-4V
Designación y clasificación
Sección titulada «Designación y clasificación»La aleación de titanio Ti-6Al-4V, conocida comercialmente como ASTM Grado 5 o UNS R56400, representa más del 50% del titanio utilizado en la industria debido a su equilibrio óptimo entre resistencia, peso y resistencia a la corrosión.
| Designación | Normativa | Denominaciones comunes |
|---|---|---|
| Ti-6Al-4V | ASTM B348, B381 | Grado 5, TC4, Ti64 |
| UNS R56400 | AMS 4928, AMS 4965 | Aleación alfa-beta de titanio |
Composición química
Sección titulada «Composición química»La composición nominal contiene un 6% de aluminio (estabilizador de fase α) y 4% de vanadio (estabilizador de fase β), con titanio como balance e impurezas controladas para asegurar ductilidad.
| Elemento | Al | V | Fe (máx.) | O (máx.) | C (máx.) | N (máx.) | H (máx.) | Ti |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| % en peso (min.–máx.) | 5.5–6.75 | 3.5–4.5 | 0.30 | 0.20 | 0.08 | 0.05 | 0.015 | Balance |
Propiedades mecánicas por estado de tratamiento
Sección titulada «Propiedades mecánicas por estado de tratamiento»En estado recocido de fábrica (mill anneal), la resistencia a la tracción parte de 900 MPa y se eleva hasta 1 200 MPa tras solubilización y envejecimiento (STA), con un aumento notable del límite elástico por encima de 1000 MPa.
| Propiedad | Recocido (typical) | Solubilizado y envejecido (STA) |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (MPa) | 900 – 1 000 | 1 100 – 1 200 |
| Límite elástico (0.2%) (MPa) | 828 – 950 | 970 – 1 100 |
| Alargamiento en 50 mm (%) | 10 – 18 | 5 – 10 |
| Módulo de elasticidad (GPa) | 110 – 114 | 110 – 114 |
| Dureza Rockwell C (HRC) | 32 – 36 | 38 – 44 |
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad es de solo 4.43 g/cm³, alrededor de un 45 % inferior a la del acero inoxidable, lo que proporciona una excelente resistencia específica.
| Propiedad | Valor (SI) | Valor (Imperial) |
|---|---|---|
| Densidad | 4.43 – 4.51 g/cm³ | 276 – 282 lb/ft³ |
| Módulo volumétrico (K) | 96.8 – 153 GPa | 14.0 – 22.2 × 10⁶ psi |
| Coeficiente de Poisson | 0.31 – 0.37 | 0.31 – 0.37 |
| Tenacidad a la fractura (Kᵢc) | 84 – 107 MPa·m¹/² | 76 – 97 ksi·in¹/² |
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»La conductividad térmica a temperatura ambiente es de apenas 7.1 W/m·K, unas diez veces menor que la del aluminio, lo que exige refrigeración intensiva durante el mecanizado.
| Propiedad | Valor (SI) | Valor (Imperial) |
|---|---|---|
| Punto de fusión | 1 878 – 1 933 K (1 605 – 1 660 °C) | 2 921 – 3 020 °F |
| Calor específico (Cp) | 553 – 570 J/kg·K | 0.43 – 0.44 BTU/lb·°F |
| Conductividad térmica (k) | 7.1 – 7.3 W/m·K | 4.1 – 4.2 BTU·ft/h·ft²·°F |
| Coeficiente de expansión térmica (α) | 8.7 – 9.1 × 10⁻⁶ /K | 15.7 – 16.4 × 10⁻⁶ /°F |
| Temperatura máxima de servicio* | 620 – 690 K (347 – 417 °C) | 656 – 782 °F |
*Para mantener la resistencia mecánica en aplicaciones estructurales.
Resistencia a la corrosión
Sección titulada «Resistencia a la corrosión»En exposición a agua de mar y ambientes marinos, el Ti-6Al-4V obtiene la calificación máxima de 5/5, equivalente a una inmunidad prácticamente total frente a la corrosión.
| Medio | Resistencia (1=pobre, 5=excelente) |
|---|---|
| Agua dulce | 5 |
| Agua de mar | 5 |
| Ácidos débiles / Álcalis débiles | 5 |
| Disolventes orgánicos | 5 |
| Oxidación a 500 °C | 4 |
| Ácidos fuertes | 4 |
| Desgaste | 3 |
Soldabilidad, maquinabilidad y tratamientos térmicos
Sección titulada «Soldabilidad, maquinabilidad y tratamientos térmicos»La baja conductividad térmica y la alta resistencia limitan las velocidades de corte a 30 – 60 m/min con herramientas de carburo, aunque la aleación es soldable por fusión con gas inerte (TIG/GTAW) si se protege la zona de soldadura contra la contaminación atmosférica.
| Tratamiento | Temperatura | Enfriamiento | Objetivo |
|---|---|---|---|
| Recocido de fábrica (mill anneal) | 700 – 785 °C (1–2 h) | Aire | Microestructura equiaxial α-β |
| Duplex anneal | 900 – 950 °C (1 h) + 540 °C (8 h) | Aire | Ductilidad y tenacidad mejorada |
| Solubilización | 940 – 970 °C (1 h) | Temple en agua/aceite | Máxima respuesta al envejecimiento |
| Envejecimiento (STA) | 480 – 600 °C (4–8 h) | Aire | Alta resistencia mecánica |
Aplicaciones por industria
Sección titulada «Aplicaciones por industria»Más del 15 % del peso estructural del Boeing 787 es titanio, mayoritariamente Ti-6Al-4V, presente en componentes críticos como trenes de aterrizaje, uniones ala-fuselaje y álabes de compresores.
| Industria | Aplicaciones típicas |
|---|---|
| Aeroespacial | Estructuras de células de aeronaves, álabes y discos de motor, sujetadores |
| Médica | Prótesis articulares (cadera, rodilla), implantes dentales, tornillos óseos |
| Automoción | Componentes de motores de competición, válvulas, bielas |
| Marina | Ejes de hélice, válvulas, intercambiadores de calor en agua de mar |
| Procesos químicos | Reactores, tanques y tuberías para ácido nítrico o cloruros |
Comparativa con materiales similares
Sección titulada «Comparativa con materiales similares»Frente al aluminio de alta resistencia 7075-T6, el Ti-6Al-4V proporciona una resistencia específica alrededor del 20 % superior y una resistencia a la corrosión muy superior, aunque su coste es entre 5 y 10 veces mayor.
| Material | Densidad (g/cm³) | Resistencia tracción (MPa) | Resistencia específica (kN·m/kg) | Resistencia a la corrosión marina |
|---|---|---|---|---|
| Ti-6Al-4V (recocido) | 4.43 | 950 | 214 | Excelente (5/5) |
| Titanio Grado 2 (CP) | 4.51 | 345 | 76 | Excelente (5/5) |
| Aleación Al 7075-T6 | 2.81 | 572 | 204 | Pobre (requiere protección) |
| Acero inoxidable 304 | 8.00 | 580 | 73 | Buena (3/5) |
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la densidad del Ti-6Al-4V?
Sección titulada «¿Cuál es la densidad del Ti-6Al-4V?»La densidad típica es de 4.43 g/cm³, lo que representa un ahorro de peso del 45 % frente al acero inoxidable común.
¿Qué resistencia a la tracción se puede alcanzar?
Sección titulada «¿Qué resistencia a la tracción se puede alcanzar?»En estado recocido se obtienen entre 900 y 1000 MPa, mientras que tras solubilización y envejecimiento la resistencia sobrepasa los 1100 MPa.
¿A qué temperatura funde esta aleación?
Sección titulada «¿A qué temperatura funde esta aleación?»El intervalo de fusión se sitúa entre 1 605 °C y 1 660 °C (1 878–1 933 K), típico de las aleaciones de titanio.
¿Cuál es el módulo de elasticidad?
Sección titulada «¿Cuál es el módulo de elasticidad?»El módulo de Young oscila entre 110 y 119 GPa, aproximadamente la mitad que el del acero, lo que otorga mayor flexibilidad.
¿Cuál es la conductividad térmica?
Sección titulada «¿Cuál es la conductividad térmica?»La conductividad térmica a temperatura ambiente es de 7.1–7.3 W/m·K, siendo aproximadamente 1/10 de la del aluminio puro.
¿Qué resistencia a la corrosión exhibe en agua de mar?
Sección titulada «¿Qué resistencia a la corrosión exhibe en agua de mar?»En ambientes marinos la calificación es de 5 sobre 5, indicando inmunidad total a la corrosión por picaduras y grietas.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/properties.aspx?ArticleID=1547
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/properties-aluminum-pipe-d_1340.html