Aleación de titanio α+β
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Aleación de titanio α+β
La aleación de titanio α+β es un tipo de aleación de titanio entre el tipo α y el tipo β, que contiene tanto elementos que estabilizan la fase α (como el aluminio y el estaño) como elementos que estabilizan la fase β (como el molibdeno, el vanadio, el cromo, el hierro, el manganeso, etc.). La microestructura de este tipo de aleación se puede ajustar mediante tratamiento térmico para que tenga tanto la buena resistencia a la corrosión y estabilidad térmica de las aleaciones de tipo α como la alta resistencia y buenas propiedades de procesamiento de las aleaciones de tipo β.
La resistencia después del tratamiento térmico es aproximadamente 50%~100% mayor que la del estado de recocido; tiene alta resistencia a altas temperaturas y puede funcionar durante mucho tiempo a 400~500 ℃, y su estabilidad térmica es superada solo por la aleación de titanio α.
Las características de la aleación de titanio α+β hacen que se utilice ampliamente en la industria aeroespacial, la construcción naval, la industria química, el tratamiento médico, el equipamiento deportivo y otros campos. Las principales características incluyen:
• Mayor resistencia específica (relación resistencia/densidad)
• Excelente resistencia a la fatiga.
• Buena plasticidad y procesabilidad.
• Ajuste de propiedades mediante tratamiento térmico.
• Excelente resistencia a la corrosión, especialmente en agua de mar y ambientes ácidos.
• Buena soldabilidad
• Tenacidad a la fractura relativamente baja (en comparación con las aleaciones beta puras)
• Aún puede mantener una buena resistencia en entornos de alta temperatura (pero inferior a la aleación α)
Ingredientes típicos
Los elementos de aleación de la aleación de titanio α+β incluyen principalmente:
• Elementos estabilizadores de la fase α : Al (aluminio), Sn (estaño)
• Elementos estabilizadores de la fase β : Mo (molibdeno), V (vanadio), Cr (cromo), Fe (hierro), Mn (manganeso), Zr (circonio), etc.
Tratamiento térmico y microestructura
Las propiedades de la aleación de titanio α+β se pueden ajustar mediante diferentes métodos de tratamiento térmico, principalmente:
1. Tratamiento de solución + tratamiento antienvejecimiento
• Mejorar la resistencia de la aleación.
• Promueve la dispersión y precipitación de la fase β y mejora la tenacidad.
2. Recocido
• Liberar el estrés del procesamiento y mejorar la plasticidad.
• Resistencia mejorada a la oxidación y a la fluencia.
3. Recocido doble
• Ajustar la microestructura a través de diferentes etapas de temperatura para mejorar el rendimiento de la fatiga.
Microestructura : Generalmente presenta una estructura bifásica α+β, en la que la fase α suele ser una estructura equiaxial, y la fase β se distribuye alrededor de la fase α o en una estructura de red. La proporción y la morfología de la fase α/β se pueden manipular mediante tratamiento térmico para optimizar las propiedades mecánicas.
Propiedades mecánicas
Las propiedades mecánicas de las aleaciones de titanio α+β varían con los distintos métodos de tratamiento térmico. Las siguientes son propiedades mecánicas típicas del Ti-6Al-4V:
Propiedades mecánicas | Numérico |
Densidad (g/cm³) | 4.4 5 |
Resistencia a la tracción (MPa) | 900-1100 |
Resistencia a la fluencia (MPa) | 830-980 |
Alargamiento (%) | 10-14 |
Módulo elástico (GPa) | 110-120 |
Dureza (HRC) | 30-38 |
Áreas de aplicación
La aleación de titanio α+β se utiliza ampliamente en:
• Aeroespacial : estructuras de fuselaje de aeronaves, componentes de motores (como álabes de turbinas, discos de ventilador)
• Industria de construcción naval : casco de presión submarino, eje de hélice
• Industria automotriz : Bielas y sistemas de suspensión para automóviles de carreras y de alto rendimiento.
• Dispositivos médicos : articulaciones artificiales, implantes ortopédicos.
• Artículos deportivos : palos de golf, portabicicletas.
• Equipos químicos : intercambiadores de calor, bombas y válvulas resistentes a la corrosión.
Introducción típica de aleación
1. Ti-6Al-4V (TC4)
• La aleación de titanio α+β más común
• Buena resistencia, plasticidad, resistencia a la corrosión y soldabilidad.
• Ampliamente utilizado en la industria aeroespacial, equipos médicos, industria química, etc.
2. Ti-6Al-6V-2Sn
• Mayor resistencia para entornos de alta carga.
• Sin embargo, la plasticidad es ligeramente pobre y no es adecuada para un procesamiento demasiado complejo.
3. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo
• Mejor resistencia a altas temperaturas y resistencia a la fluencia.
• Adecuado para motores de aeronaves y piezas para entornos de alta temperatura.
Rendimiento de procesamiento
El rendimiento de procesamiento de la aleación de titanio α+β es relativamente bueno, pero aún así debe tenerse en cuenta:
• Corte : Debido a la baja conductividad térmica de la aleación de titanio, durante el mecanizado se generan fácilmente filos revestidos y desgaste de la herramienta. Se recomienda utilizar herramientas de carburo revestido y adoptar parámetros de corte con baja velocidad y alta velocidad de avance.
• Rendimiento de soldadura : Bueno, se pueden utilizar soldadura TIG, soldadura por haz de electrones, soldadura láser y otros procesos, pero deben operarse bajo protección de gas inerte para evitar la oxidación.
• Conformado en caliente : adecuado para forjado en caliente y laminado en caliente, pero la temperatura está estrictamente controlada, generalmente se lleva a cabo a 750-950 ℃.
Comparación con otras aleaciones de titanio
Clasificación | Ingredientes | Características de la microestructura | Características de rendimiento | |
Aleación de titanio α | Toda aleación de titanio α | Contiene menos del 6% de aluminio y una pequeña cantidad de elementos neutros. | Después del recocido, a excepción de una pequeña cantidad de fase β causada por elementos de impureza, casi todos son fase α . | Baja densidad, buena resistencia térmica, buen rendimiento de soldadura, bajo contenido de elementos intersticiales, buena tenacidad a temperaturas ultrabajas. |
Aleación de titanio casi alfa | Además del aluminio y una pequeña cantidad de elementos neutros, también hay pequeñas cantidades (<4%) de elementos estabilizadores beta. | Después del recocido, además de una gran cantidad de fase α , también hay una pequeña cantidad (aproximadamente el 10 % en volumen) de fase β. | Se puede tratar térmicamente y reforzar, tiene buena resistencia térmica y estabilidad térmica y buen rendimiento de soldadura. | |
Aleación de titanio compuesta α+ | Agregue una pequeña cantidad de elementos eutectoides activos a la aleación de titanio. | Después del recocido, además de una gran cantidad de fase α, también hay una pequeña cantidad (aproximadamente el 10% en volumen) de fase B y compuestos intermetálicos.Contiene una cierta cantidad de aluminio y diferentes cantidades de elementos β y elementos neutros. | Tiene un efecto de fortalecimiento por precipitación, mejora la resistencia a la tracción a temperatura ambiente y alta temperatura y la resistencia a la fluencia, y tiene un buen rendimiento de soldadura. | |
Aleación de titanio α+β | Contiene una cierta cantidad de aluminio y diferentes cantidades de elementos β y elementos neutros. | Después del recocido, hay diferentes proporciones de fase a y fase β | Se puede reforzar mediante tratamiento térmico y su resistencia y templabilidad aumentan con el aumento de elementos β-estabilizadores. Tiene buena soldabilidad, pero en general tiene capacidades deficientes de conformado y trabajo en frío. La aleación TC4ELI tiene buena tenacidad a temperaturas ultrabajas y buena tolerancia al daño después del procesamiento. | |
Aleación de titanio β | Aleación de titanio beta estable al calor | Contiene grandes cantidades de elementos beta termoestables y, a veces, pequeñas cantidades de otros elementos. | Después del recocido, todos están en fase β. | Resistencia a baja temperatura ambiente, fuertes capacidades de conformado y procesamiento en frío, buena resistencia a la corrosión en medios reductores, buena estabilidad térmica y soldabilidad. |
Aleación de titanio β metaestable | Contiene elementos β-estables por encima de la concentración crítica, una pequeña cantidad de aluminio (no más del 3%) y elementos neutros. | Después del tratamiento de solución (templado con agua o enfriamiento con aire), casi todos los componentes de la región de la fase β son metaestables. Durante el envejecimiento, la fase α precipita en la fase β y, después del envejecimiento, se forman la fase β y la fase α . | Después del tratamiento de solución, la resistencia a temperatura ambiente es baja, la capacidad de conformado y procesamiento en frío es fuerte y la soldabilidad es buena; después del envejecimiento, la resistencia a temperatura ambiente es alta y tiene una alta tenacidad a la fractura con un alto límite elástico. La estabilidad térmica es mala por encima de los 350 ℃ y tiene una buena templabilidad. | |
casi β | Contiene elementos β-estabilizadores alrededor de la concentración crítica y una cierta cantidad de elementos centrales y aluminio. | Después del tratamiento de la solución de la región de la fase β, hay una gran cantidad de fase β metaestable y una pequeña cantidad de otras fases metaestables. Después del envejecimiento, es fase β y fase α . | Además de las características de la aleación de titanio β metaestable, la región de la fase β tiene baja resistencia al rendimiento y alto alargamiento después del tratamiento con solución sólida. Tratamiento de solución sólida en la región de fase ( α + β), WQ o AC, después del envejecimiento, la tenacidad a la fractura y la plasticidad son buenas en el estado de alta resistencia; Tratamiento de solución sólida en la región de fase ( α + β), FC puede obtener alta tenacidad a la fractura y plasticidad en el estado de resistencia media |