Titanio fundición de inversión Utiliza siete tipos principales de aleaciones, cada una diseñada para aplicaciones específicas. La más común es Ti-6Al-4V (Grado 5), que representa más del 50 % de todas las aplicaciones de fundición de titanio. Estas aleaciones abarcan desde titanio comercialmente puro, para resistencia a la corrosión, hasta aleaciones beta complejas para requisitos de resistencia extrema.
La fundición a la cera perdida permite a los fabricantes crear piezas complejas de titanio con paredes delgadas y detalles precisos. El proceso funciona bien con estas aleaciones específicas, ya que mantienen una buena fluidez al fundirse y solidifican con mínimos defectos.
| Aleación | Composición clave | UTS (MPa) | YS (MPa) | Alargamiento (%) | Dureza (HB) |
|---|---|---|---|---|---|
| CP Ti (Grado 2) | Ti ≥ 99.2% (C≤0.08%, N≤0.03%, O≤0.25%, H≤0.015%, Fe≤0.30%) | ≈345 | ≈275 | ≈20 | ~160 (≈46 HRC) |
| Ti-6Al-4V (Grado 5) | Al 5.5–6.5%, V 3.5–4.5%; C≤0.08%, Fe≤0.25%, N≤0.05%, O≤0.2% | 900-1000 | 828-910 | 10-18 | ≈36 HRC |
| Ti-6Al-4V ELI (Grado 23) | Igual que el Grado 5 pero con un O menor (≤0.13 %) para tenacidad | ≈895–1000 | ≈828–910 | 12-18 | ≈36 HRC |
| Ti-6Al-7Nb (ASTM F1295) | Al 5.5–6.5%, Nb 6.5–7.5%; C≤0.08%, Fe≤0.25%, O≤0.20%, N≤0.05% | ≈900 (≥900) | ≥ 800 | ≥ 10 | – |
| Ti-6Al 2Sn-4Zr-2Mo | Al 5.5–6.5%, Sn 1.8–2.2%, Zr 3.6–4.4%, Mo 1.8–2.2%; Fe≤0.25%, O≤0.15% | 1110 | 1050 | 13 | 318 HB (34 HRC) |
| Ti-5Al-2.5Sn (Grado 6) | Al 4–6%, Sn 2–3%; Fe≤0.50%, O≤0.20%, N≤0.03% | ≈830 | ≈795 | ≈10 | 320 HB (36 HRC) |
| Beta (15-3-3-3) | V 15%, Cr 3%, Al 3%, Sn 3%; equilibrar Ti | 790 | 770 | 22 | HRB 95 |
El titanio comercialmente puro de grado 2 contiene 99.2 % de titanio con pequeñas cantidades de oxígeno, nitrógeno y carbono. Esta aleación ofrece la mejor resistencia a la corrosión entre todos los grados de titanio.
El CP Ti Grado 2 destaca en equipos de procesamiento químico y aplicaciones marinas. Su menor resistencia en comparación con otros grados lo hace ideal cuando la ductilidad y la conformabilidad son más importantes que las propiedades mecánicas.
La temperatura de fundición para el Grado 2 oscila entre 1,670 °C y 1,720 °C. Las máquinas de fundición a la cera perdida deben utilizar moldes cerámicos especiales que soporten estas temperaturas extremas sin reaccionar con el titanio.
El Ti-6Al-4V es la aleación de titanio más resistente. Contiene un 6 % de aluminio y un 4 % de vanadio, lo que crea un excelente equilibrio entre resistencia, peso y resistencia a la corrosión.
Esta aleación alfa-beta mantiene su resistencia hasta 400 °C. Los fabricantes aeroespaciales la utilizan para álabes de turbinas, componentes estructurales y piezas del tren de aterrizaje.
La versatilidad de esta aleación trasciende el ámbito aeroespacial. Las empresas de dispositivos médicos fabrican implantes de cadera y componentes dentales de Grado 5. Su biocompatibilidad y resistencia a la fatiga la hacen ideal para implantes a largo plazo.
La fundición a la cera perdida de Grado 5 requiere un control preciso de la temperatura. La temperatura de vertido suele oscilar entre 1,700 °C y 1,750 °C. Un diseño adecuado del molde evita el desgarro por calor durante la solidificación.
El grado 23 de intersticial extra bajo (ELI) ofrece ductilidad y tenacidad a la fractura mejoradas en comparación con el grado 5 estándar. El contenido de oxígeno reducido (0.13 % máximo frente a 0.20 %) crea estas propiedades mejoradas.
Las aplicaciones médicas predominan en el uso del Grado 23. Las jaulas de fusión espinal, los tornillos óseos y los dispositivos cardiovasculares se benefician de su superior rendimiento frente a la fatiga en fluidos corporales.
El proceso de fundición de Grado 23 exige controles más estrictos. Las fundiciones deben minimizar la contaminación por oxígeno y nitrógeno durante la fusión y el vertido. Las atmósferas de vacío o argón protegen el metal fundido.
El Ti-6Al-7Nb sustituye el vanadio por niobio para eliminar la preocupación por la liberación de iones de vanadio en el cuerpo humano. Esta aleación iguala las propiedades mecánicas del Grado 5 y ofrece una biocompatibilidad superior.
Los fabricantes europeos de dispositivos médicos prefieren esta aleación para implantes permanentes. Su resistencia a la corrosión en soluciones fisiológicas supera la del Ti-6Al-4V.
La fundición de inversión Ti-6Al-7Nb requiere parámetros similares al Grado 5. La adición de niobio aumenta ligeramente el punto de fusión, lo que requiere temperaturas de alrededor de 1,720 °C a 1,770 °C para un flujo óptimo.
Esta aleación casi alfa mantiene su resistencia a temperaturas de hasta 500 °C. Las adiciones de estaño y circonio proporcionan refuerzo en solución sólida, mientras que el molibdeno mejora la resistencia a la fluencia a altas temperaturas.
Los fabricantes de motores a reacción especifican esta aleación para discos y álabes de compresores. Su superior resistencia a la fluencia permite secciones más delgadas, lo que reduce el peso del componente.
La compleja química exige un control preciso de la aleación durante la fusión. Las máquinas de colada a la cera perdida suelen utilizar la refusión por arco al vacío para garantizar la homogeneidad química. Las temperaturas de colada oscilan entre 1,750 °C y 1,800 °C.
El grado 6 ofrece una resistencia intermedia entre el titanio CP y el Ti-6Al-4V. La adición de estaño proporciona un refuerzo en solución sólida sin formar fases frágiles.
Esta aleación destaca a temperaturas criogénicas. Las empresas aeroespaciales la utilizan para tanques de combustible líquido y sistemas de tuberías criogénicas. Su soldabilidad supera la de las aleaciones de titanio de mayor resistencia.
La fundición a la cera perdida de Grado 6 resulta menos compleja que las aleaciones más complejas. La ausencia de elementos betaestabilizadores reduce la segregación durante la solidificación. Las temperaturas de vertido típicas oscilan entre 1,680 °C y 1,730 °C.
Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn representa una aleación beta metaestable con una excepcional conformabilidad en frío. Tras el tratamiento de solución y el envejecimiento, alcanza resistencias superiores a 1,400 MPa.
Esta aleación se utiliza en resortes, fijaciones y componentes de chapa metálica. La fundición a la cera perdida permite producir carcasas de resorte complejas y fijaciones especializadas imposibles de mecanizar.
Las aleaciones de titanio beta presentan desafíos únicos para la fundición. Su alto contenido de estabilizador beta promueve la segregación durante la solidificación. Los fundidores deben utilizar técnicas de solidificación rápida y un tratamiento térmico posterior para lograr propiedades uniformes.
La temperatura de vertido del 15-3-3-3 normalmente oscila entre 1,650 °C y 1,700 °C, inferior a la de las aleaciones alfa-beta debido al efecto de los estabilizadores beta en el punto de fusión.
