Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

¿Qué es el titanio?

1. Definición y propiedades básicas del titanio

El titanio es un elemento químico con un número atómico de 22 y un símbolo químico de Ti. Es un metal de transición con una densidad relativamente ligera y buena resistencia. El titanio metálico existe en la naturaleza en forma de minerales como la ilmenita y el rutilo. Es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre y suele presentarse en forma de óxidos.

El metal titanio posee numerosas propiedades físicas y químicas excelentes, lo que lo convierte en una opción ideal para muchas aplicaciones. En primer lugar, el metal titanio tiene una densidad baja, aproximadamente 4,5 gramos por centímetro cúbico, más ligero que muchos otros metales como el acero y el níquel. Esto hace que el metal de titanio se utilice ampliamente en campos que requieren un diseño liviano, como las industrias aeroespacial y automotriz.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

2. La historia y el descubrimiento del metal titanio.

El metal titanio se descubrió por primera vez a finales del siglo XVIII. En 1801, el químico británico Gregor descubrió el elemento titanio en un mineral conocido como ilmenita. Posteriormente, otros químicos comenzaron a estudiar el titanio metálico y lo descubrieron en varios minerales.

En 1840, el químico alemán Martin Heinrich Klapoulos extrajo con éxito el metal titanio por primera vez y le dio el nombre “titanio” para rendir homenaje al gigante Titán de la mitología griega. Sin embargo, no fue hasta la década de 1940 que el metal titanio comenzó a utilizarse ampliamente en la industria. Con el desarrollo de la tecnología metalúrgica y la reducción de costos, el metal titanio se convirtió gradualmente en un material importante para diversas aplicaciones.

3. Características del titanio

En general, el metal titanio tiene las siguientes características principales:

3.1 Buena resistencia a la corrosión: El metal de titanio puede resistir la corrosión de muchos productos químicos, incluido el agua de mar y las soluciones ácidas. Esto lo convierte en una opción ideal para las industrias química y de ingeniería marina.

3.2 Biocompatibilidad: El metal titanio presenta una buena biocompatibilidad con los tejidos humanos, lo que lo hace ampliamente utilizado en la fabricación de articulaciones artificiales e implantes dentales.

3.3 Buenas propiedades a altas temperaturas: El titanio tiene un alto punto de fusión, alrededor de 1.668 grados Celsius (3.034 grados Fahrenheit). El metal titanio aún mantiene buenas propiedades mecánicas y estabilidad a altas temperaturas, lo que lo hace importante en entornos de alta temperatura como motores de aviones y turbinas de gas.

3.4 Alta resistencia y baja densidad: A pesar de su baja densidad, el metal titanio tiene alta resistencia y una excelente resistencia y densidad. Esto convierte al titanio en un material ideal para la fabricación de dispositivos aeroespaciales, piezas de automóviles y otros productos que requieren aligeramiento.

3.5 Excelente conductividad térmica: El metal titanio tiene buena conductividad térmica, lo que le otorga una ventaja en la fabricación de radiadores, refrigeradores y otros productos de alto rendimiento.

Producción y procesamiento de metal de titanio.

1. Métodos de extracción y preparación del metal titanio.

Método de extracción: La extracción de titanio metálico se lleva a cabo principalmente mediante dos métodos, a saber, el método de Claus y el método de cloración. El método Claus es el método más utilizado para obtener metal de titanio de mayor pureza mediante la reducción del mineral de óxido de titanio. La regla de cloración es hacer reaccionar el óxido de titanio con cloro gaseoso para generar cloruro de titanio y luego obtener titanio metálico mediante una reacción de reducción.

Proceso de purificación: Tras la obtención del titanio metal, se requieren una serie de procesos de purificación para mejorar su pureza y rendimiento. Estos procesos incluyen fusión al vacío, métodos de óxido en fase gaseosa y métodos de plasma.

2. Tecnología de procesamiento: forjado, laminado y conformado.

Forjar: El metal titanio puede forjarse en frío o en caliente para mejorar sus propiedades mecánicas y estructurales. La forja en caliente es adecuada para piezas con grandes deformaciones y formas complejas, mientras que la forja en frío es adecuada para procesar piezas pequeñas y piezas de precisión.

Laminación: El metal titanio también se puede producir mediante laminación en caliente y en frío para preparar productos como placas, tiras y tubos. El laminado en caliente puede obtener productos de mayor tamaño y espesor, mientras que el laminado en frío puede obtener una mayor calidad superficial y precisión dimensional.

Moldura: El metal titanio también se puede utilizar para preparar piezas y productos de diversas formas mediante procesos como fundición a presión, moldeo por inyección e impresión 3D. Estos procesos de moldeo son adecuados para fabricar piezas con formas y estructuras complejas.

Diferencia entre titanio puro y aleaciones de titanio

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

Es una aleación a base de titanio y adicionada con otros elementos. Es un metal relativamente joven, con una historia de sólo sesenta o setenta años desde su descubrimiento. Los materiales de aleación de titanio tienen las características de peso ligero, alta resistencia, baja elasticidad, resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión. Se utilizan principalmente en motores aeroespaciales, cohetes, misiles y otros componentes. El titanio tiene dos cristales isomórficos. El titanio es un isómero con un punto de fusión de 1720°C. Tiene una estructura de red cristalina hexagonal muy compacta cuando está por debajo de 882 ° C, lo que se llama alfa titanio; tiene una estructura centrada en el cuerpo por encima de 882°C. La estructura de red cúbica, llamada titanio beta, utiliza las diferentes características de las dos estructuras de titanio anteriores, agrega elementos de aleación apropiados y cambia gradualmente su temperatura de transformación de fase y su contenido de fase para obtener aleaciones de titanio con diferentes estructuras.

Grados de titanio

Grado 1

Es el primero de cuatro grados de titanio industrialmente puro. Es el más suave y maleable de estos grados. Ofrece máxima conformabilidad, excelente resistencia a la corrosión y alta tenacidad al impacto. El grado 1 es el material elegido para cualquier aplicación que requiera facilidad de conformabilidad y se usa comúnmente como placa de titanio y tubo de titanio.

Grado 2

Debido a su diversa disponibilidad y amplia disponibilidad, el titanio de grado 2 es conocido como el "caballo de batalla" de la industria comercial del titanio puro. Tiene muchas de las mismas cualidades que el titanio de grado 1, pero es un poco más resistente. Ambos son igualmente resistentes a la corrosión. Este grado ofrece buena soldabilidad, resistencia, ductilidad y formabilidad. Esto convierte a las varillas y placas de titanio de grado 2 en la primera opción para muchas aplicaciones, como la construcción, la generación de energía y la industria médica.

Grado 3

Este grado es el menos utilizado de los grados de titanio comercialmente puro, pero eso no lo hace menos valioso. El grado 3 es más fuerte que los grados 1 y 2, similar en ductilidad y sólo un poco menos formable. – pero posee una mecánica superior a sus predecesores. El grado 3 se utiliza en aplicaciones que requieren resistencia moderada y resistencia a la corrosión primaria, como en la industria aeroespacial, de procesamiento químico, marina, etc.

Grado 4

Se considera el más fuerte de los cuatro tipos de titanio comercialmente puro. También es conocido por su excelente resistencia a la corrosión, buena conformabilidad y soldabilidad. Se utiliza en algunos componentes del fuselaje, recipientes criogénicos, intercambiadores de calor y otras aplicaciones que requieren alta definición.

Grado 7

Mecánica y físicamente igual que el Grado 2, excepto que se ha añadido el elemento intersticial paladio para convertirlo en una aleación. El grado 7 ofrece excelente soldabilidad y trabajabilidad y es la más resistente a la corrosión de todas las aleaciones de titanio. Por lo tanto, se utiliza principalmente como componentes en procesos químicos y equipos de producción.

Grado 11

Muy similar al Grado 1, excepto que se agrega una pequeña cantidad de paladio para mejorar la resistencia a la corrosión, convirtiéndola en una aleación. Esta resistencia a la corrosión se puede utilizar para prevenir la corrosión en grietas y reducir los ácidos en ambientes con cloruro. Otras propiedades útiles incluyen ductilidad óptima, conformabilidad en frío, resistencia útil, tenacidad al impacto y excelente soldabilidad. Esta aleación se puede utilizar en las mismas aplicaciones de titanio que el Grado 1, especialmente donde se requiere corrosión.

Grado 5

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

Grado 23

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

Grado 12

Es una aleación muy duradera que proporciona una gran resistencia a altas temperaturas. El titanio de grado 12 tiene propiedades similares al acero inoxidable de la serie 300. La aleación se puede formar en caliente o en frío mediante conformado por prensa, hidroconformado, conformado por estiramiento o el método de peso por caída. Su capacidad para formarse de diversas formas lo hace útil en muchas aplicaciones. La alta resistencia a la corrosión de la aleación también la hace invaluable para la fabricación de equipos donde la corrosión en grietas es una preocupación.

Grado 9

Está hecho de titanio puro con aproximadamente un 3% de aluminio y aproximadamente un 2,5% de vanadio añadido. Esta aleación generalmente tiene una excelente resistencia a la corrosión, alta resistencia y buenas propiedades de soldadura. La aleación de titanio Gr9 se usa ampliamente en la industria aeroespacial, construcción naval, equipos químicos y otros campos, especialmente donde se requieren materiales de alto rendimiento en ambientes corrosivos y de alta temperatura. Las propiedades de la aleación de titanio Gr9 la convierten en un material estructural ideal que se puede utilizar para fabricar una variedad de piezas y componentes.

Mercados de aplicación del titanio

1. Aeroespacial

El metal titanio se utiliza ampliamente en la fabricación de estructuras de aviones y piezas de motores, como fuselajes de aviones, palas de motores, etc.
Sus propiedades livianas y de alta resistencia permiten que las aeronaves reduzcan el peso, mejoren la eficiencia del combustible y mejoren la durabilidad y seguridad de las aeronaves.

2. médico

El metal titanio se utiliza para fabricar dispositivos médicos como implantes óseos, articulaciones artificiales y equipos de restauración dental.
Su biocompatibilidad y resistencia a la corrosión hacen del titanio uno de los materiales más ideales en el campo médico.

3. Industria automotriz

En la fabricación de automóviles, el titanio se utiliza para fabricar componentes livianos como sistemas de escape, componentes de suspensión y estructuras de carrocería.
El diseño liviano puede mejorar la eficiencia del combustible, el rendimiento energético y la seguridad del automóvil.

4. Ingeniería Marina

La aplicación del metal titanio en la ingeniería oceánica implica la desalinización, la exploración oceánica y los oleoductos submarinos.
Su resistencia a la corrosión y a la corrosión del agua de mar hacen del titanio un material ideal para ambientes marinos.

5. Fabricación de artículos deportivos

El titanio se utiliza para fabricar artículos deportivos de alta gama, como palos de golf, cuadros de bicicletas y raquetas de tenis.
Su alta resistencia, ligereza y resistencia a la corrosión otorgan a los productos de titanio un excelente rendimiento y durabilidad.

6. Industria

El metal titanio se utiliza en la industria para fabricar equipos químicos, herramientas de perforación petrolera y equipos de transmisión de energía.
Su durabilidad a altas temperaturas y resistencia a la corrosión hacen que el metal de titanio sea prometedor para su uso en entornos industriales hostiles.

Algunos datos interesantes sobre el titanio

1. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.