Què és l'acer de titani?
Un acer que conté una combinació de titani i elements d'aliatge addicionals com níquel, molibdè, crom, alumini, vanadi, coure i carboni s'anomena acer de titani, també conegut com acer d'aliatge de titani. Les qualitats físiques i mecàniques de l'acer, com ara la resistència, la duresa, la tenacitat a la fractura i la resistència a la fluència a alta temperatura, es poden millorar afegint titani com a element d'aliatge.
De què està fet l'acer de titani?
El metall primari aacer de titaniés el ferro, que forma la matriu base de l'aliatge. La quantitat de ferro varia, però normalment és d'un 85-95 per cent en pes. El titani s'afegeix al voltant del 5-15 per cent per impartir propietats beneficioses. Altres elements d'aliatge com níquel, molibdè, crom, vanadi, coure, alumini i carboni també es poden afegir en petites quantitats per ajustar encara més les propietats i característiques de l'acer.
La producció d'acer de titani comença amb la fusió del ferro i altres metalls junts en un forn d'arc elèctric o un forn d'inducció. El metall fos es refina i s'afegeixen elements d'aliatge com el titani, el níquel, el crom i el molibdè en quantitats precises. A continuació, la barreja es col·loca en lingots o es col·loca contínuament en palangres per a un posterior processament. A continuació, l'acer se sotmet a laminació en calent, tractament tèrmic i treball en fred per produir el producte final d'acer de titani.
Per a què serveix l'acer de titani?
L'acer de titani s'utilitza en una àmplia varietat d'aplicacions crítiques on es requereix alta resistència, baix pes i una bona resistència a la corrosió. Alguns dels principals usos dels acers de titani són:
Indústria aeroespacial: s'utilitza en peces estructurals d'avions com ales, fuselatges, trens d'aterratge on la força i el baix pes són crítics. L'alta resistència específica de l'acer de titani ajuda a maximitzar la capacitat de càrrega útil i l'eficiència del combustible.
Aplicacions industrials: S'utilitza en turbines de vapor i gas per a la generació d'energia. La resistència a les altes temperatures permet que components com fulles, discs, carcasses suportin entorns extrems. També s'utilitza en intercanviadors de calor i condensadors de centrals elèctriques.
Indústria de l'automòbil: s'utilitza en peces com bieles, cigonyals, molles, elements de subjecció, components d'escapament on es requereix força a temperatures elevades. L'alta resistència a la fatiga és valuosa.
Indústria de processament químic: a causa de la bona resistència a la corrosió, els acers de titani s'utilitzen en reactors químics, intercanviadors de calor, vàlvules, bombes per manejar ambients corrosius.
Implants biomèdics: La biocompatibilitat i la resistència a la corrosió permet l'ús en implants quirúrgics com articulacions de maluc i genoll, plaques òssies, cargols.
Articles esportius: els pals de golf, els quadres de bicicletes i les llantes aprofiten l'alta relació resistència/pes i resistència a la fatiga.
Equips de processament d'aliments: amb una bona resistència a la corrosió, els acers de titani funcionen bé en coberteria, recipients a pressió, calderes per al processament d'aliments.
L'acer de titani és de bona qualitat?
Sí, l'acer de titani es considera un material d'enginyeria d'alta qualitat a causa de les següents propietats favorables:
Alta resistència a la tracció: els acers de titani solen tenir una resistència a la tracció que oscil·la entre 700 MPa i 1300 MPa, significativament més alta que els acers convencionals. Això permet dissenyar components lleugers.
Bona ductilitat - Malgrat l'alta resistència, l'acer de titani conserva una ductilitat decent per evitar fallades prematures sota estrès. Els valors d'allargament oscil·len entre el 10-25 per cent a la majoria d'aliatges de titani.
Excel·lent resistència a la fatiga: la resistència a l'estrès cíclic dels acers de titani supera altres acers aliats, el que els fa ideals per a aplicacions dinàmiques.
Resistència a la corrosió excepcional: el titani millora considerablement la resistència a la corrosió a causa de la seva naturalesa refractària. Això permet l'ús en entorns durs.
Resistència a alta temperatura: els acers de titani mantenen la seva resistència i resistència a la fluència a temperatures de fins a 600 graus, permetent aplicacions a alta temperatura.
Baixa expansió tèrmica - El coeficient d'expansió tèrmica és gairebé la meitat dels acers, reduint la deformació i la fatiga tèrmica.
No magnètic: l'addició de titani produeix un aliatge que no és magnètic, que és útil en determinades aplicacions crítiques.
La qualitat i el rendiment superiors dels acers de titani tenen un cost més elevat. Tanmateix, quan es tenen en compte durant el cicle de vida del producte, les propietats superiors solen justificar el preu inicial més elevat.
L'acer de titani és el mateix que l'acer inoxidable?
No, l'acer de titani i l'acer inoxidable són materials completament diferents quant a composició, propietats i aplicacions. Les diferències clau són:
Composició: els acers inoxidables contenen alts nivells de crom ({0}} per cent) i níquel (8-20 per cent) juntament amb acer.TitaniEls acers contenen titani com a element d'aliatge principal amb quantitats mínimes de crom i níquel.
Propietats: Els acers inoxidables deriven la seva resistència de l'alt contingut en crom i del tractament tèrmic posterior. Els acers de titani obtenen la seva força del titani que actua com a reforçador de solució sòlida a la matriu de ferro.
Resistència a la corrosió: els acers inoxidables depenen principalment de la capa d'òxid de crom per a la resistència a la corrosió. L'acer de titani es basa en la inercia del titani per resistir la corrosió.
Resistència a alta temperatura: els acers de titani conserven la resistència i la resistència a la fluència fins a 600 graus. Els acers inoxidables no poden funcionar per sobre de 300-400 grau a causa de la precipitació de fases trencadisses.
Permeabilitat magnètica: els acers inoxidables són ferromagnètics a causa del ferro i el crom. Els acers de titani no són magnètics.
Cost: el titani és més car que el crom i el níquel. Així, els acers de titani costen més que els acers inoxidables.
Aplicacions: tot i que hi ha una mica de superposició, els acers de titani s'utilitzen generalment on una relació força-pes més alta, resistència a la fatiga o rendiment a alta temperatura és crític. Els acers inoxidables tenen un ús més ampli per a aplicacions generals de corrosió.
En resum, el titani i els acers inoxidables tenen composicions completament diferents adaptades per desenvolupar determinades propietats i aplicacions. Els acers de titani ofereixen una relació resistència-pes superior, però a un cost més elevat. Els acers inoxidables ofereixen una excel·lent resistència a la corrosió a un cost més baix. La selecció depèn dels requisits específics de l'aplicació.
Referències:
Davis, JR (1993). Aliatge: comprensió dels fonaments bàsics. ASM Internacional.
Lütjering, G. (2003). Titani (Enginyeria de Materials i Processos). Springer Science & Business Media.
Polmear, IJ (2005). Aliatges lleugers: Metal·lúrgia dels metalls lleugers. Butterworth-Heinemann.
Donachie, MJ (2000). Titani: una guia tècnica. ASM Internacional.
Bauccio, M. (1993). Llibre de referència ASM Metals. ASM Internacional.
Baldev Raj, TS, Jayakumar T. (2011). Comportament a la corrosió dels aliatges de titani. a Bhadeshia HKDH, Honeycombe RWK (eds) Steels. Springer, Berlín, Heidelberg.
