La aleación de titanio Grade 5 (Ti-6Al-4V) es una de las primeras aleaciones de titanio desarrolladas y la más utilizada en el mundo. Su producción representa más del 50% de la producción total de productos semielaborados de titanio a nivel mundial y se utiliza en más del 80% de las aplicaciones en la industria aeroespacial.
Esta aleación está compuesta principalmente por 6% de aluminio (Al) y 4% de vanadio (V), logrando un equilibrio óptimo entre resistencia, resistencia a la corrosión, soldabilidad, resistencia a altas temperaturas y peso reducido.
• El aluminio (Al) fortalece la fase α a través del endurecimiento por solución sólida, mejorando la resistencia a temperatura ambiente y la resistencia térmica.
• El vanadio (V) aumenta la resistencia y mejora la ductilidad.
• Además, el vanadio suprime la formación de la fase superestructural α2, evitando la fragilización de la aleación con el uso prolongado.
Principales características de Grade 5
• Excelentes propiedades mecánicas y buenas características de procesamiento.
• Alta superplasticidad, adecuada para el conformado por presión y diversas técnicas de soldadura.
• Formatos principales: barras, forjados, láminas delgadas y gruesas, perfiles y alambres.
• Se utiliza principalmente en estado recocido, pero también es posible fortalecerla mediante tratamiento térmico (temple + envejecimiento).
• Profundidad de endurecimiento limitada a 25–30 mm, lo que hace que el tratamiento térmico no sea efectivo para piezas grandes.
Principales aplicaciones
Industria aeroespacial
• Componentes estructurales de aeronaves (vigas, mamparos, rieles, vigas del tren de aterrizaje).
• Componentes de motores aeronáuticos (discos de ventilador y compresor, álabes).
• Estructuras espaciales (cuerpo de cohetes, recipientes a presión, elementos de fijación).
El uso de la aleación Grade 5 en lugar del acero estructural 30CrMnSiA permite reducir el peso de las piezas en aproximadamente un 30%.
Industria civil
• Generación de energía: álabes de turbinas de gas.
• Construcción naval: hélices de barcos.
• Ingeniería oceánica: plataformas de perforación de petróleo en alta mar.
• Industria química: bombas resistentes a la corrosión.
En Estados Unidos, esta aleación se conoce como Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V SP y Ti-6Al-4V ELI SP.
En Rusia, existen las variantes BT-6, BT-6C, BT-6Ч, BT-6T, BT-6K y BT-6KT.
En el Reino Unido, se le conoce como IMI-318 e IMI-318 ELI.
En Alemania, se denomina TiAl6V4.
En Francia, se encuentra bajo el nombre T-A6V.
En Japón, se comercializa como SAT-64.
Composición química (porcentaje en masa, wt%)
El titanio (Ti) es el elemento principal y el resto de los componentes incluyen entre un 5.5% y 6.75% de aluminio (Al), y entre un 3.4% y 4.5% de vanadio (V).
El hierro (Fe) no debe superar el 0.40%, mientras que el oxígeno (O) debe mantenerse por debajo del 0.2%.
El carbono (C) tiene un límite del 0.08%, el nitrógeno (N) no debe superar el 0.05% y el hidrógeno (H) debe mantenerse por debajo del 0.015%.
Propiedades físicas
La densidad de esta aleación es de 4.44 g/cm³ y su punto de fusión varía entre 1604 y 1660°C.
El coeficiente de expansión térmica es de 8.6×10⁻⁶/°C, con una conductividad térmica de 6.7 W/m·K.
Tiene una resistividad eléctrica de 1.7×10⁻⁶ Ω·m y un módulo de elasticidad de 110 GPa a temperatura ambiente.
El coeficiente de Poisson es de 0.34 y la temperatura de transformación de fase es de aproximadamente 995–997°C ±5°C.
• Temple: Se lleva a cabo a temperaturas de 900–950°C, con un mantenimiento de 1 hora, seguido de enfriamiento en agua o aire.
• Envejecimiento: Se realiza a temperaturas de 500–600°C, con un mantenimiento de 4–8 horas, seguido de enfriamiento al aire.
• Este tratamiento mejora la resistencia y la resistencia a la fatiga.
Maquinabilidad
Debido a su alta resistencia, baja conductividad térmica y bajo módulo de elasticidad, el Ti-6Al-4V es difícil de mecanizar, lo que provoca un desgaste acelerado de las herramientas.
Para un mejor mecanizado se recomienda:
• Usar herramientas de carburo afiladas, con baja velocidad y alto avance.
• Aplicar refrigerante (emulsión o aceite de corte) para reducir el calor de corte.
• Mantener una alta velocidad de avance para evitar el endurecimiento por trabajo.
Soldabilidad
Esta aleación tiene una buena soldabilidad y se puede unir mediante soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), soldadura por haz de electrones (EBW) y soldadura láser (LBW).
Sin embargo, dado que el titanio reacciona fácilmente con oxígeno, nitrógeno e hidrógeno, es imprescindible el uso de gas argón de alta pureza para evitar la fragilización de la soldadura.
Precio y estándares de producción
El precio de esta aleación varía según la especificación del material, la cantidad y el plazo de entrega.
Se puede fabricar bajo los estándares internacionales ASTM B381 (Estados Unidos) o GB/T3620.1 (China), con la posibilidad de ajustarse a otros estándares bajo solicitud.
