Titanio Grado 2 o Grado 5: quizá esté pagando una resistencia que no usa
El Grado 5 es el titanio por defecto en la cabeza de casi todo el mundo. Representa aproximadamente la mitad de todo el titanio utilizado, es lo que «titanio» significa en aeroespacial, y aparece en planos donde el Grado 2 haría el trabajo con menos dinero y menos complicaciones.
A veces esa sustitución es un error. A menudo no lo es. Así se distingue.
Las dos aleaciones
El Grado 2 es titanio comercialmente puro: alrededor de un 99 % de titanio con oxígeno y hierro controlados. Estructura alfa monofásica. Blando, dúctil, extremadamente resistente a la corrosión, fácil de soldar y conformar.
El Grado 5 es Ti-6Al-4V: 6 % de aluminio, 4 % de vanadio. Estructura bifásica alfa-beta, tratable térmicamente, con aproximadamente tres veces la resistencia del Grado 2.
| Grado 2 | Grado 5 (Ti-6Al-4V) | |
|---|---|---|
| Límite elástico | ~275 MPa | ~830 MPa |
| Resistencia a la tracción | ~345 MPa | ~900 MPa |
| Dureza | ~145 HV | ~340 HV (~36 HRC) |
| Alargamiento | ~20 % | ~14 % |
| Temperatura máxima de servicio | ~300 °C | ~400 °C |
| Soldabilidad | Excelente | Buena, requiere cuidado y protección con gas inerte |
| Conformabilidad | Buena en frío | Mala en frío, requiere conformado en caliente |
| Resistencia a la corrosión | La mejor de las dos | Muy buena, algo inferior al Gr 2 |
| Costo relativo del material | Referencia | ~1,3–1,6× |
| Costo relativo de mecanizado | ~0,5–0,7× Grado 5 | Referencia |
Hay dos filas en las que vale la pena detenerse. El Grado 2 tiene mejor resistencia a la corrosión, no peor: los elementos de aleación la reducen ligeramente. Y el Grado 2 se mecaniza con aproximadamente el doble de facilidad, lo que en una pieza compleja puede pesar más que el precio del material.
Cuándo el Grado 2 es la respuesta correcta
El requisito es la corrosión, no la carga. Tuberías de procesos químicos, componentes de intercambiadores de calor, ánodos, accesorios para agua de mar, equipos de desalinización, herrajes náuticos. Si la función de la pieza es no corroerse, la aleación más barata y más resistente a la corrosión es también la mejor.
La pieza se suelda. El Grado 2 se suelda con facilidad. El Grado 5 también se suelda, pero la soldadura y la zona afectada por el calor pierden ductilidad y el procedimiento requiere una protección adecuada con gas inerte por ambos lados. En un conjunto soldado, el Grado 2 elimina toda una categoría de riesgo.
La pieza se conforma. El Grado 2 puede conformarse en frío. El Grado 5, en general, no.
La tensión es realmente baja. Soportes, tapas, carcasas y separadores que no soportan casi nada, pero que deben resistir la química o ser ligeros y no magnéticos.
Implantes médicos cuando la norma lo permite. Los grados 2 y 4 se usan en componentes de implantes cuando la resistencia lo permite; el Grado 23 ELI cubre los casos de alta resistencia.
Cuándo el Grado 5 justifica su precio
Carga estructural. Cualquier pieza que soporte una tensión significativa. Tres veces el límite elástico no es un margen pequeño.
Fatiga. La carga cíclica favorece claramente al Grado 5.
Roscas y pequeños elementos portantes. Las roscas de Grado 2 se gripan y se desgarran con cargas que el Grado 5 soporta sin problema.
Temperatura elevada bajo carga.
Estructuras en las que el peso es crítico, donde la relación resistencia-peso es precisamente la razón por la que se eligió el titanio.
Los grados intermedios
La elección no es binaria.
El Grado 9 (Ti-3Al-2.5V) se sitúa en medio: alrededor de 620 MPa de límite elástico, sigue siendo soldable y conformable, y se usa habitualmente en tubos y líneas hidráulicas. Está infrautilizado por compradores que solo conocen el 2 y el 5.
El Grado 23 (Ti-6Al-4V ELI) es Grado 5 con menos oxígeno y hierro, para una mejor tenacidad a la fractura y un mejor comportamiento criogénico. Es el estándar para implantes y en parte del sector aeroespacial. Más caro y con menor disponibilidad de material.
Los grados 7 y 11 añaden paladio para resistir en ácidos reductores, donde el titanio comercialmente puro tiene dificultades.
El Grado 12 añade molibdeno y níquel para resistir la corrosión por rendijas a temperatura elevada.
El mecanizado, en breve
Ambas aleaciones comparten los fundamentos del titanio: baja conductividad térmica, reactividad química, recuperación elástica y la exigencia estricta de que la herramienta siga avanzando con una carga de viruta real. Mecanizado de Ti-6Al-4V recoge los parámetros, que se aplican al Grado 2 con velocidades aproximadamente un 50–80 % más altas.
El problema específico del Grado 2 es que es pastoso. Se adhiere al filo y se desgarra en lugar de cortarse limpiamente, por lo que los acabados pueden ser malos si la herramienta no está afilada. El problema del Grado 5 es el calor y el desgaste de la herramienta. Quejas distintas, misma solución: herramientas afiladas, avance suficiente y refrigerante a presión.
En piezas de pared delgada, la menor rigidez del Grado 2 empeora la deflexión en lugar de mejorarla; consulte titanio de pared delgada.
Cómo decidir, con una sola pregunta
¿De qué se protege la pieza: de la carga o de la química?
Si la respuesta es la química, empiece por el Grado 2 y suba solo si un cálculo de tensiones le obliga. Si la respuesta es la carga, empiece por el Grado 5.
Si la respuesta es ambas, indíquelo en la solicitud de cotización junto con el entorno y las cargas. Es el tipo de pregunta en la que un proveedor puede ayudar antes de congelar el plano, y es mucho más barato preguntarlo entonces que después del primer artículo.
Referencia: aleaciones de titanio.
Envíe el plano y lo que hace la pieza y recibirá una cotización con precio en un plazo de 24 horas hábiles: si un grado más barato resiste su aplicación, se lo diremos.