El titanio es un elemento metálico importante con el símbolo químico Ti y el número atómico 22 en la tabla periódica. Tiene un brillo metálico de color blanco plateado y posee excelentes propiedades como alto punto de fusión, baja densidad, alta resistencia y gran ductilidad. Titanio Es un material industrial crucial. Si desea obtener más información sobre el titanio, ¡continúe leyendo a continuación!
El otro término para el titanio
El titanio tiene muchas ventajas destacadas, como: baja densidad, gran ductilidad y gran resistencia a la corrosión, por lo que también se le conoce como "metal milagroso", "metal espacial" o "metal marino".
La historia del titanio
En 1791, un geólogo aficionado descubrió el titanio en Inglaterra. William Gregory. En 1795, el químico alemán Klaproth, haciendo referencia al nombre de las deidades Titán de la mitología griega, llamó a este nuevo elemento "Titanio". No fue hasta 1910 que el químico estadounidense Hunter obtuvo por primera vez titanio metálico con una pureza del 99.9% reduciendo TiCl con sodio. En 1940, el científico luxemburgués Kroll también produjo titanio puro mediante el método de reducción de magnesio. Desde entonces, tanto el método de reducción de magnesio como el método de reducción de sodio se han convertido en procesos industriales para la producción de titanio.
El color del titanio
El metal titanio tiene la apariencia del acero, con un brillo blanco plateado o gris plateado, y es un metal de transición.
¿De qué está hecho el titanio?
El titanio está ampliamente distribuido y representa aproximadamente el 0.44% de la corteza terrestre y se encuentra en todas las rocas, arenas, arcillas y otros suelos. Sin embargo, debido a que el titanio reacciona fácilmente con el oxígeno, el titanio puro no se encuentra en la naturaleza; existe principalmente en forma de dióxido de titanio. Los minerales de titanio incluyen principalmente ilmenita y rutilo, y se puede obtener titanio puro mediante la purificación de estos minerales.
¿Cómo se fabrica el titanio?
El titanio generalmente se produce usando el proceso de kroll. En primer lugar, el mineral de titanio se calienta para producir tetracloruro de titanio líquido (TiCl4). A continuación, se realiza la purificación mediante destilación fraccionada. Después de la destilación, se añade magnesio fundido para reducirlo a forma de “esponja”. Luego, la esponja se funde para formar lingotes, que luego se procesan para obtener diversos productos mecánicos, como varillas, placas, láminas y tubos. Finalmente, estos productos mecánicos se procesan y se les da forma, y se aplica un tratamiento superficial según sea necesario para optimizar el producto.
¿Cuáles son los principales tipos de titanio?
El titanio tiene dos tipos de estructuras polimórficas, a saber, la fase α y la fase β. Según las características polimórficas del titanio, las aleaciones de titanio se pueden dividir en las siguientes tres categorías principales: aleaciones de titanio α, aleaciones de titanio β y aleaciones de titanio α+β.
Aleación de titanio alfa
Las aleaciones de titanio alfa se dividen a su vez en aleaciones alfa completas y aleaciones casi alfa. Son aleaciones monofásicas compuestas por solución sólida en fase alfa. Presentan buenas propiedades de trabajo en frío y en caliente, estructura estable y fuerte resistencia a la oxidación.
Aleación de titanio beta
Las aleaciones beta de titanio se dividen a su vez en aleaciones beta estables, aleaciones beta metaestables y aleaciones casi beta. Son aleaciones monofásicas compuestas de solución sólida en fase beta y exhiben excelentes características de resistencia, logrando altos niveles de resistencia. También poseen una fuerte resistencia a la corrosión y soldabilidad.
Aleación de titanio α+β (Alfa+Beta)
Es una aleación de dos fases con buenas propiedades integrales, que incluyen estructura estable, buena tenacidad, buena plasticidad y resistencia a la deformación a altas temperaturas. La aleación se puede fortalecer mediante procesos como prensado en caliente, enfriamiento y tratamiento de envejecimiento.
¿Cuáles son los grados comunes de titanio?
grado 1
El titanio puro comercial de grado 1 es el tipo de titanio más blando y dúctil. Ofrece máxima conformabilidad, excelente resistencia a la corrosión y alta tenacidad al impacto. Es el material preferido para aplicaciones que requieren facilidad de conformado y se usa comúnmente en las industrias aeroespacial, automotriz y de generación de energía.
grado 2
El titanio puro comercial de grado 2 es el titanio puro comercial más utilizado, con resistencia moderada y excelentes propiedades de conformado en frío. En comparación con otros grados comerciales de titanio puro, el titanio de grado 2 es ligeramente más débil que el de grado 3 pero más fuerte que el de grado 1 y, al mismo tiempo, ofrece resistencia a la corrosión. Debido a su resistencia a la corrosión, se usa comúnmente en las industrias marina, médica, de generación de energía y petrolera.
grado 3
El titanio de grado 3 es el menos utilizado entre los grados comerciales de titanio puro, pero no disminuye su valor. Tiene alta resistencia, buena resistencia a la corrosión y soldabilidad. Su resistencia es mayor que la del Grado 1 y el Grado 2, pero su ductilidad es menor que la de los otros dos grados. Se utiliza comúnmente en la industria marina, aeroespacial y de procesamiento químico.
grado 4
El titanio de grado 4 se considera el más fuerte entre los grados comerciales de titanio puro, conocido por su excelente resistencia a la corrosión, buena formabilidad y soldabilidad. Se utiliza comúnmente en las industrias aeroespacial, de procesamiento químico y médica para aplicaciones como estructuras de aeronaves, intercambiadores de calor, hardware quirúrgico, etc.
Grado 5 o Ti 6Al-4V
El titanio de grado 5, también conocido como Ti6Al-4V, se conoce como el “caballo de batalla” de las aleaciones de titanio y es el más utilizado entre todas las aleaciones de titanio, y representa el 50 % del uso total de titanio a nivel mundial. Esta aleación se caracteriza por su peso ligero, resistencia extremadamente alta, resistencia al calor, resistencia a la corrosión y formabilidad. Por lo tanto, es muy preferido en la industria aeroespacial para fabricar motores, componentes estructurales y sujetadores.
Grado 6 o Ti 5Al-2.5Sn
El titanio de grado 6 tiene una estabilidad extremadamente fuerte y mantiene una buena soldabilidad y resistencia incluso a altas temperaturas. También exhibe excelentes propiedades de procesamiento. Se utiliza comúnmente para carcasas de motores de turbinas, componentes de aeronaves y piezas de procesamiento químico.
grado 7
El titanio de grado 7 es similar al titanio de grado 2, excepto por la adición del elemento intersticial paladio (en el rango de 0.12% a 0.25%), que mejora su capacidad para resistir la corrosión por grietas. El grado 7 también presenta una excelente soldabilidad y es la más resistente a la corrosión entre todas las aleaciones de titanio. Se utiliza comúnmente en la fabricación de productos químicos, la desalinización de agua de mar y la producción de energía.
grado 11
El titanio de grado 11, también conocido como CP Ti-0.15Pd, es un titanio puro comercial similar al grado 1 y al grado 2, con la adición de una pequeña cantidad de paladio para mejorar la resistencia a la corrosión. Puede usarse para prevenir la corrosión en grietas y reducir los ácidos en ambientes con cloruro. El titanio de grado 11 también exhibe alta ductilidad, conformabilidad en frío, resistencia útil, tenacidad al impacto y excelente soldabilidad. Se utiliza comúnmente en procesamiento químico e intercambiadores de calor.
Grado 12 o Ti 0.3-Mo 0.8-Ni
El titanio de grado 12, también conocido como Ti 0.3 Mo 0.8 Ni, es una aleación altamente resistente a la corrosión que contiene pequeñas cantidades de níquel y molibdeno. Estos elementos mejoran la resistencia a la corrosión y aumentan la resistencia de la aleación. Se utiliza comúnmente en aplicaciones como barcos o plataformas de perforación marinas.
Grado 23 o Ti 6AL-4V ELI
El titanio de grado 123, también conocido como Ti 6Al-4V ELI, se caracteriza por su alta ductilidad, alta resistencia, peso ligero, resistencia a la corrosión y alta tenacidad. Es la opción preferida para aplicaciones dentales y médicas.
¿Qué grado de titanio es mejor?
El titanio de grado 5 (Ti 6Al-4V) se conoce como el “caballo de batalla” porque representa la mitad de la demanda de titanio. Debido a su amplia gama de propiedades deseables, se ha convertido en el grado de titanio más utilizado. El titanio de grado 5 tiene alta resistencia, alta ductilidad, fuerte resistencia a la corrosión, excelente estabilidad térmica y es fácil de procesar y moldear, lo que lo hace ampliamente utilizado en industrias como la aeroespacial y la marina.
¿Cuál es el costo del titanio?
El costo del titanio puro comercial es de aproximadamente 23 a 25 dólares por kilogramo, mientras que el costo de las aleaciones de titanio es de aproximadamente 27 a 30 dólares por kilogramo.
¿Cuál es el grado de titanio más barato?
Actualmente, el precio del titanio de grado 1 es relativamente más barato, dependiendo principalmente de los requisitos de aplicación específicos y las condiciones de suministro del mercado.
¿Qué grado de titanio se utiliza para anodizar?
Tanto el titanio de grado 2 como el de grado 3 se pueden utilizar para el tratamiento de anodizado.
¿Cuáles son las propiedades del titanio?
A continuación se detallan las propiedades físicas y químicas del titanio:
Propiedades físicas
Densidad: 4.5 gramos/centímetro cúbico
Color: Brillo metálico blanco plateado.
Fuerza: La resistencia del titanio depende del grado del titanio y de la concentración de sus elementos de aleación.
Abundancia: El titanio es el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre, casi presente en todas las rocas y sedimentos.
Resistencia a la temperatura: El titanio puede soportar temperaturas más altas y más bajas en comparación con el acero inoxidable y el aluminio.
Ductilidad: La ductilidad del titanio oscila entre un 6% de alargamiento (Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo) y un 25% (Grado 1 comercialmente puro).
Propiedad química
Oxidación: Debido a su alto potencial de oxidación, el titanio no existe en forma pura en la naturaleza, sino en forma de óxidos en rocas y minerales.
Reactividad: Reacciona con ácidos y halógenos a altas temperaturas pero no reacciona en absoluto con álcalis.
Resistencia a la corrosión: El titanio tiene una resistencia a la corrosión extremadamente fuerte, resistiendo la corrosión de ácidos, álcalis y agua de mar, porque las moléculas de oxígeno se combinan con el titanio para formar óxido de titanio.
Maquinabilidad: Es fácil de procesar en diversas formas de productos, como varillas, placas, tuberías, etc.
Proceso de fabricación de metal de titanio
El proceso Kroll se utiliza para convertir titanio bruto en titanio metálico. Los pasos de este proceso incluyen extracción, purificación, producción de esponjas, fabricación de aleaciones, así como modelado y formación.
Extracción
Los concentrados de alta calidad se extraen de minerales en bruto como la ilmenita y el rutilo y se envían a las fábricas para su procesamiento. Después del tratamiento previo para eliminar el contenido de hierro, la ilmenita se coloca en un reactor de lecho fluidizado que contiene cloro y carbono y se calienta a 900°C. Durante la reacción química, se produce tetracloruro de titanio junto con monóxido de carbono. El tetracloruro de titanio contiene impurezas que deben eliminarse para preparar dióxido de titanio.
Purificación
El tetracloruro de titanio se somete a destilación al vacío a alta temperatura para su purificación. El metal producido durante el proceso de extracción se calienta en grandes tanques de destilación. El proceso de purificación utiliza destilación fraccionada y precipitación para separar las impurezas. Debido a los diferentes puntos de ebullición de varios elementos, durante el proceso de destilación, varios elementos se eliminan cuando alcanzan sus puntos de ebullición. Las impurezas eliminadas incluyen vanadio, silicio, magnesio, circonio y hierro.
Formación de esponja
Con la formación de una esponja, el tetracloruro de titanio purificado se vierte en recipientes de reacción de acero inoxidable en forma líquida. Se añade magnesio y la mezcla se calienta a 1100°C para reaccionar con cloro y producir cloruro de magnesio. Se bombea gas argón para eliminar el aire, evitando reacciones con el oxígeno y el nitrógeno. El titanio producido se extrae mediante perforación y se trata con una mezcla de agua y ácido clorhídrico para eliminar el exceso de magnesio y cloruro de magnesio. El titanio resultante tiene forma de esponja.
Creación de aleaciones
El titanio esponjoso puro se mezcla con diversas aleaciones y chatarra para fabricar aleaciones. Después de fundir y mezclar los metales en proporciones adecuadas, los trozos se compactan y se sueldan para formar electrodos de esponja. Estos se funden en un horno de arco al vacío para formar lingotes para su posterior procesamiento en diversos productos industriales y comerciales.
Dar forma y formar
Los lingotes se retiran del horno, se inspeccionan, se empaquetan y se transportan para fabricar productos de aleación de titanio. Las propiedades de cada lingote se inspeccionan para garantizar que cumplan con los requisitos del cliente. Los lingotes se someten a diferentes procesos como soldadura, conformado, fundición, forjado y pulvimetalurgia durante el proceso de fabricación del producto.
¿Cuáles son los beneficios del titanio?
Alta Resistencia
El titanio posee una resistencia excelente, lo que lo convierte en uno de los metales más fuertes de la tabla periódica. Debido a su baja densidad, el titanio también es muy ligero.
Resistencia a la Corrosión
El titanio reacciona fácilmente con el oxígeno, formando una fina capa de óxido en su superficie, que proporciona una resistencia natural a la corrosión.
Biocompatibilidad
El titanio no es tóxico y es biocompatible tanto con humanos como con animales. Por tanto, el titanio se utiliza con frecuencia en las industrias médica y dental.
Bajo coeficiente de expansión térmica
El titanio tiene un bajo coeficiente de expansión térmica, lo que resulta en una expansión y contracción mínimas a temperaturas extremas, lo que conduce a una mayor estabilidad estructural.
Alto punto de fusión
El titanio tiene un punto de fusión extremadamente alto (aproximadamente 1668 °C), lo que lo hace muy adecuado para aplicaciones de alta temperatura como fundiciones y motores a reacción de turbina.
Excelentes posibilidades de fabricación
A pesar de ser un metal muy resistente, el titanio también es blando y dúctil. Esto permite fabricar componentes de titanio mediante diversos procesos de fabricación.
¿Cuáles son las limitaciones del titanio?
Costoso
El titanio se considera un metal raro y su purificación es costosa y compleja.
Difícil de moldear
Se requiere maquinaria avanzada y equipo especializado para darle formas útiles.
Reacciona a altas temperaturas
Esto hace que la fabricación de titanio puro y aleaciones de titanio sea engorrosa y esté altamente controlada. La producción de titanio debe realizarse en entornos anaeróbicos estrictamente controlados.
Mala conductividad térmica
El titanio es un material con mala conductividad térmica, lo que dificulta su procesamiento.
¿Cuáles son las aplicaciones del titanio?
Aeroespacial
Las aleaciones de titanio se valoran en el aeroespacial industria por su alta relación resistencia-densidad, resistencia a la corrosión y capacidad para soportar temperaturas moderadas sin fluencia.
Automotriz
El titanio es el preferido en la industria automotriz debido a su baja densidad, alta relación resistencia-peso, resistencia a la corrosión y resistencia al calor.
Industrial
El titanio se utiliza ampliamente en entornos industriales debido a su alta resistencia, resistencia a la corrosión, peso ligero y durabilidad. Sus aplicaciones incluyen intercambiadores de calor, válvulas, tuberías y bielas.
Atención Médica
El titanio no es tóxico y es biocompatible con los huesos humanos, lo que lo hace muy adecuado para aplicaciones médicas. Tiene propiedades inherentes para la integración ósea y puede usarse para implantes dentales que pueden durar más de 30 años, lo que también es útil para aplicaciones de implantes ortopédicos.
Efectos sobre la salud y el medio ambiente del metal titanio
Efectos sobre la salud del titanio
El metal titanio es un material biocompatible con excelente biocompatibilidad y no es tóxico. Se utiliza comúnmente en instrumentos e implantes médicos y no tiene efectos nocivos para el cuerpo humano.
Efectos ambientales del titanio.
El titanio no libera sustancias tóxicas, evitando así impactos ambientales adversos. Sin embargo, durante el proceso de producción de titanio, se pueden generar algunos residuos o emisiones de escape. Sin embargo, con una gestión eficaz y medidas de tratamiento proactivo, el impacto ambiental se puede minimizar en la mayor medida posible.
Preguntas Frecuentes
¿Es el titanio a prueba de óxido?
Sí, las aleaciones de titanio tienen una excelente resistencia a la corrosión y pueden resistir la erosión de muchos productos químicos.
¿Es el titanio magnético?
En términos generales, el titanio puro no suele ser magnético porque la estructura cristalina del titanio puro no soporta el magnetismo. Sin embargo, ciertas aleaciones de titanio pueden exhibir magnetismo, según los tipos y concentraciones de los elementos de aleación.
¿Es el titanio a prueba de balas?
Sí, el titanio tiene capacidades a prueba de balas para pistolas y rifles de caza, pero para equipos de grado militar, el titanio no es a prueba de balas.
¿Cuál es la diferencia entre titanio y aluminio?
Características del material
El titanio tiene mayor resistencia y resistencia a la corrosión que aluminio, aunque también es más ligero que el aluminio, pero más costoso. El aluminio es un metal liviano con buena conductividad térmica y eléctrica y menor costo en comparación con el titanio.
Aplicaciones
El titanio se usa comúnmente en aplicaciones que requieren alta resistencia y resistencia a la corrosión, como dispositivos médicos y aeroespaciales. El aluminio tiene una gama más amplia de aplicaciones, incluidas la aeroespacial, la automoción, la construcción y la electrónica.
Dificultad de procesamiento
Debido a su mayor resistencia y resistencia a la corrosión, el titanio es más difícil de procesar y requiere equipos y técnicas de procesamiento de mayor nivel. Por el contrario, el aluminio es relativamente fácil de procesar y puede mecanizarse y formarse mediante métodos convencionales.
¿Qué grado de titanio se utiliza para la impresión 3D?
El titanio de grado 5, también conocido como Ti-6Al-4V, se utiliza habitualmente en la impresión 3D debido a su excelente relación resistencia-peso y biocompatibilidad.
Conclusión
Este artículo presenta qué es el titanio, su historia de desarrollo, tipos de titanio, clasificación de grados de titanio, información básica sobre sus características, etc. El proceso de formación de las aleaciones de titanio se explica principalmente mediante el método Kroll, junto con las ventajas y desventajas del titanio. y sus áreas de aplicación.
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