Titanio frente a acero inoxidable¿Cuál es la diferencia?

El titanio y el acero inoxidable son metales tradicionales que se utilizan con frecuencia en la industria manufacturera actual. Estos dos metales son intrínsecamente exquisitos y ambos poseen un conjunto único de propiedades y resistencia. Por consiguiente, el conocimiento tanto del titanio como del acero inoxidable puede ayudarle en gran medida a alcanzar el objetivo de su proyecto. Hemos elaborado esta completa guía para ayudarle a diferenciar entre ambos metales.

Comparemos 17 diferencias entre el titanio y el acero inoxidable

El titanio y el acero inoxidable presentan excelentes características que los diferencian entre sí. Para facilitar la comprensión, estableceremos una comparación entre el titanio y el acero inoxidable utilizando diferentes propiedades. Estas propiedades incluyen la composición elemental, la resistencia a la corrosión, la conductividad eléctrica, la conductividad térmica, el punto de fusión, la dureza, el peso y muchas más.

Titanio frente a acero inoxidable: Composición de los elementos

La composición de los elementos es una característica que puede utilizarse para diferenciar el titanio del acero inoxidable. En comparación, el titanio comercialmente puro contiene diversos elementos, como nitrógeno, hidrógeno, oxígeno, carbono, hierro y níquel. Siendo el titanio el elemento principal de la composición, otros elementos varían en composición entre 0,013 y 0,5 en porcentaje.

El acero inoxidable, por su parte, se compone de variedades de composición de elementos con 11% de cromo, así como otros elementos con una composición porcentual que oscila entre 0,03% y más de 1,00%. El contenido de cromo del acero inoxidable ayuda a prevenir la oxidación y también proporciona características de resistencia al calor. Estos elementos incluyen aluminio, silicio, azufre, selenio, molibdeno, nitrógeno, titanio, cobre y niobio.

Titanio frente a acero inoxidable: Resistencia a la corrosión

Cuando se trata de aplicaciones relacionadas con la corrosión, existe un término denominado metales especiales. Estos metales especiales son metales altamente resistentes a la corrosión. En este contexto, los metales especiales como el titanio ofrecen una gran resistencia a la corrosión y estabilidad mecánica allí donde otros metales como el acero inoxidable y muchos otros son inadecuados. Los materiales de acero inoxidable ofrecen excelentes propiedades mecánicas; sin embargo, su resistencia a la corrosión es limitada. Esta limitación se da sobre todo en ácidos concentrados a altas temperaturas.

Los metales especiales como el titanio resultan muy atractivos para su uso en equipos sensibles a la corrosión en diversas industrias. En conclusión, el titanio es más resistente a la corrosión que el acero inoxidable en un amplio campo como la corrosión frente a álcalis, ácidos, aguas naturales y productos químicos industriales.

Titanio frente a acero inoxidable: Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica implica el flujo de electrones a través de un material debido a una caída de potencial. Además, la estructura atómica de dicho metal contribuye en gran medida a su conductividad eléctrica. En comparación con el cobre como patrón para medir la conductividad eléctrica, el titanio no es un buen conductor. Presenta una conductividad de aproximadamente 3,1% de cobre, mientras que el acero inoxidable tiene una conductividad de 3,5% de cobre.

Desde otro punto de vista, la resistencia eléctrica es la oposición que muestra un material al flujo de electrones. Desde este punto de vista, el titanio muestra una conductividad pobre. En consecuencia, el titanio es una resistencia justa.

Titanio frente a acero inoxidable: Conductividad térmica

La conductividad térmica es otra característica que puede utilizarse para establecer comparaciones entre el titanio y el acero inoxidable. La conductividad térmica es una medida con la que el titanio y el acero inoxidable pueden utilizarse para aplicaciones térmicas. En este proceso, se mide y determina la cantidad de energía, así como la velocidad a la que se absorbe y transfiere la energía. En comparación, el titanio tiene una conductividad térmica de 118 BTU-in/hr-ft²-°F.

Por otro lado, la conductividad térmica del acero inoxidable oscila entre 69,4 y 238 BTU-in/hr-ft²-°F. Esto se traduce en que el acero inoxidable presenta una conductividad térmica superior a la del titanio. En una situación en la que la conductividad térmica tiene prioridad sobre otras características, entonces se puede considerar el acero inoxidable.

Titanio frente a acero inoxidable: Punto de fusión

La temperatura de fusión de un material, conocida como punto de fusión, es la temperatura a la que dicho material comienza a pasar de una fase sólida a una fase líquida. A esta temperatura, la fase sólida del material y la fase líquida de dicho material existen en equilibrio. Una vez que el material alcanza este nivel de temperatura, puede formarse fácilmente y utilizarse para aplicaciones térmicas.

En este caso, el titanio exhibe 1650 - 1670 °C (3000 - 3040 °F) mientras que el acero inoxidable exhibe 1230 - 1530 °C (2250 - 2790 °F). Esto demuestra que cuando se requiere un metal para una aplicación con punto de fusión, entonces se prefiere el titanio al acero inoxidable.

Titanio frente a acero inoxidable: dureza

La dureza de un material es un valor comparativo que ayuda a describir la respuesta de dicho material al grabado, la deformación, el rayado o la abolladura a lo largo de la superficie del material. Esta medida se realiza principalmente con el uso de máquinas de penetración que existen en una gran variedad dependiendo de la resistencia del material. Para materiales de alta resistencia, los fabricantes o usuarios utilizan el ensayo de dureza Brinell.

Aunque la dureza Brinell del acero inoxidable varía mucho con la composición de la aleación y el tratamiento térmico, en la mayoría de los casos es más duro que el titanio. Sin embargo, el titanio se deforma fácilmente cuando se le hace una muesca o se le raya. Para evitarlo, el titanio forma una capa de óxido denominada capa de óxido de titanio que forma una superficie excepcionalmente dura que resiste la mayoría de las fuerzas de penetración. Tanto el titanio como el acero inoxidable son materiales resistentes que funcionan muy bien cuando se exponen a entornos agresivos.

Titanio frente a acero inoxidable: Peso

Una de las principales diferencias entre el titanio y el acero inoxidable es su densidad. El titanio tiene una excelente relación resistencia/peso, lo que hace que proporcione casi la misma cantidad de resistencia que el acero inoxidable con 40% de su peso. Si se mide, el titanio es la mitad de denso que el acero, y es sustancialmente más ligero que el acero inoxidable.

Como resultado, el titanio es vital para proyectos que requieren minimizar el peso con maximizar la resistencia. Por eso el titanio tiene excelentes aplicaciones en piezas de aviones y otras aplicaciones que dependen del peso. Por otro lado, el acero es aplicable en chasis de vehículos y muchos más, pero la mayoría de las veces la reducción de peso suele ser una preocupación.

Titanio frente a acero inoxidable: Durabilidad

La durabilidad de un material es su capacidad para seguir siendo funcional sin necesidad de reparaciones o mantenimiento excesivos siempre que el material se enfrente a retos de funcionamiento normales a lo largo de su vida media. Tanto el titanio como el acero inoxidable son duraderos gracias a las excelentes propiedades que ofrecen. En comparación, el titanio es aproximadamente de 3 a 4 veces más resistente que el acero inoxidable. Esto hace que el titanio tenga una vida útil prolongada durante generaciones. Sin embargo, el titanio puede rayarse fácilmente, ya que requiere una rutina de pulido o corre el riesgo de que su superficie se estropee o pierda brillo.

Titanio frente a acero inoxidable: Maquinabilidad

La maquinabilidad es una puntuación comparativa que se da a los metales para determinar sus reacciones a los esfuerzos de mecanizado, incluidos el fresado, el torneado, el estampado y muchos más. Esta puntuación es vital a la hora de establecer comparaciones para determinar el mejor material mecanizable para el éxito del proyecto. Además, las puntuaciones de mecanizabilidad pueden utilizarse para determinar el tipo de mecanizado que debe utilizarse. El módulo elástico del titanio es algo bajo, lo que sugiere que el titanio se flexiona y deforma con facilidad. Esto se atribuye a la dificultad de mecanizado del titanio, ya que engoma las fresas y prefiere volver a su forma original.

Por otro lado, el acero inoxidable tiene un módulo elástico mucho mayor que permite mecanizarlo fácilmente. Como resultado, se utiliza en aplicaciones que incluyen bordes de cuchillas porque se rompe y no se dobla cuando se somete a tensión.

Titanio frente a acero inoxidable: Conformabilidad

Cuando un material presenta deformación plástica sin sufrir daños al conformarse, se habla de conformabilidad del material. Si se compara el titanio con el acero inoxidable, el titanio y sus aleaciones pueden conformarse utilizando las técnicas y equipos adecuados para el acero inoxidable. Sin embargo, el titanio posee una menor conformabilidad por estiramiento, lo que exige radios de curvatura más generosos.

Además, el titanio tiene una mayor tendencia a la corrosión por frotamiento que el acero inoxidable y puede corregirse mediante conformado en caliente. Por otra parte, el titanio puede presentar un retorno elástico, y la mayoría de las piezas de titanio se fabrican mediante conformado en frío o en caliente, seguido de un encolado en caliente para solucionar el problema.

Titanio frente a acero inoxidable: Soldabilidad

La soldabilidad, también conocida como capacidad de unión, es la capacidad de un material para soldarse. El titanio y el acero inoxidable pueden soldarse, pero uno de los dos metales es más fácil de soldar que el otro. La soldabilidad de un material suele utilizarse para determinar el proceso de soldadura y comparar la calidad de la soldadura final con la de otro material. En comparación, el acero inoxidable es más fácil de soldar que el titanio. Esto se debe a que la soldadura de titanio es una especialidad dentro de una especialidad. Aunque a simple vista, la soldadura del titanio parece similar a la del acero, requiere una gran profesionalidad.

Titanio frente a acero inoxidable: Límite elástico

Si comparamos el límite elástico del titanio y el del acero inoxidable, resulta interesante comprobar que el acero inoxidable es mucho más resistente que el titanio. Este interesante descubrimiento va en contra de la idea errónea de que el límite elástico del titanio es mayor que el de la mayoría de los metales. Aunque el titanio es tan resistente como el acero inoxidable, su densidad es la mitad de la del acero inoxidable. Por eso se considera que el titanio es uno de los metales más resistentes por unidad de masa.

Por otro lado, el acero inoxidable es el material preferido cuando un proyecto requiere resistencia total. En conclusión, cuando un proyecto solo requiere resistencia, el acero inoxidable es la elección perfecta, mientras que el titanio es preferible cuando se requiere resistencia por unidad de masa.

Titanio frente a acero inoxidable: Resistencia a la tracción

La resistencia última a la tracción de un material es el máximo en la curva de tensión-deformación de ingeniería. Es el esfuerzo máximo que puede soportar un material en tensión. En la mayoría de los casos, la resistencia última a la tracción se abrevia como "resistencia" a la tracción o "la última".

Cuando un metal alcanza su resistencia máxima a la tracción, el material sufre un estrangulamiento en el que el área de la sección transversal se reduce localmente. En comparación, el titanio presenta una resistencia a la tracción de 230 MPa (31900 psi), mientras que el acero inoxidable experimenta una resistencia a la tracción de 34,5 a 3100 MPa (5000 - 450000 psi). Este valor indica que el acero inoxidable tiene una mayor resistencia a la tracción y, por tanto, se prefiere al titanio.

Titanio frente a acero inoxidable: Resistencia al corte

La resistencia al cizallamiento de un material son sus propiedades de resistencia frente a una carga de cizallamiento antes de que el componente falle por cizallamiento. La acción de cizallamiento se produce normalmente en dirección paralela a la dirección de la fuerza que actúa sobre un plano. La resistencia al cizallamiento del titanio oscila entre 240 y 335 MPa, dependiendo de las propiedades de la aleación, mientras que la del acero inoxidable oscila entre 74,5 y 597 MPa. Esto demuestra que el acero inoxidable es una opción perfecta en situaciones en las que se requiere una gran resistencia a la carga de cizallamiento.

Titanio frente a acero inoxidable: Color

En cuanto al color, el titanio y el acero inoxidable pueden parecer similares. El titanio y el acero inoxidable en estado natural son metales plateados. La diferencia es que el titanio es algo más oscuro. En otra dimensión, tanto el titanio como el acero inoxidable pueden parecer grises, sin embargo, el titanio será más oscuro que el inoxidable.

Titanio frente a acero inoxidable: Precio

En términos de coste, el titanio es relativamente más caro que el acero inoxidable. En consecuencia, el titanio resulta más prohibitivo desde el punto de vista del coste para algunos sectores específicos, como el de la construcción, en el que se requieren grandes cantidades. En una situación en la que el dinero es un factor importante en la consideración de una parte, el acero inoxidable puede ser elegido sobre el titanio si ambos se consideran adecuados.

Titanio frente a acero inoxidable: Aplicaciones

Aplicaciones del titanio

El titanio tiene una gran variedad de aplicaciones, como elemento de aleación en el acero para reducir el tamaño del grano y como desoxidante. También tiene aplicaciones en acero inoxidable para reducir el contenido de carbono. En el ámbito industrial, el titanio se utiliza sobre todo en los siguientes sectores:

Aeroespacial

El titanio tiene una gran aplicación en la industria aeroespacial y naval, por ejemplo en aeronaves, buques de guerra, misiles, blindaje, naves espaciales y muchos más. Esto se atribuye a su resistencia a la fatiga, alta resistencia a las grietas, alta resistencia a la tracción en relación con la densidad, capacidad para soportar temperaturas moderadamente altas sin fluencia, y soportar una alta resistencia a la corrosión.

Industrial

El titanio se utiliza en diversas aplicaciones industriales, como intercambiadores de calor, válvulas y recipientes de proceso en las industrias química y petroquímica. Su uso se debe a su alta resistencia a la corrosión. Algunas aleaciones específicas de titanio se utilizan en la hidrometalurgia del níquel del petróleo y el gas y en aplicaciones de fondo de pozo debido a su resistencia a la corrosión y su alta resistencia.

Arquitectura y consumo

Los metales de titanio son aplicables en una gran variedad de aplicaciones de consumo, incluida la industria del automóvil. Especialmente en automóviles y motocicletas de competición, donde se requiere alta resistencia, rigidez y bajo peso. El titanio también se utiliza en muchos artículos deportivos, como raquetas de tenis, palos de lacrosse, cricket y hockey, palos de golf, parrillas para cascos de fútbolLos metales se utilizan en la fabricación de cuadros y componentes de bicicletas. También se utilizan en monturas de gafas muy caras pero duraderas, ligeras, de larga duración y sin alergias cutáneas.

Joyería

El titanio es un producto muy utilizado en la industria de la joyería por su durabilidad, especialmente en los anillos de titanio. Desde el punto de vista químico, el titanio es inerte, lo que lo hace más adecuado para personas alérgicas o para quienes llevan joyas en entornos específicos, como piscinas. En esta industria, el titanio se alea con oro para producir lo que se comercializa como oro de 24 quilates. Incluso en la industria relojera, el titanio se utiliza hoy en día por sus impresionantes propiedades, como su ligereza, durabilidad, resistencia a la corrosión y a las abolladuras.

Industria médica

El titanio no es tóxico y tiene muchas aplicaciones en el ámbito médico. Se utiliza en la fabricación de instrumentos e implantes quirúrgicos, como implantes dentales, bolas de cadera y encajes.

Otros usos incluyen la producción de nanopartículas utilizadas en electrónica y el suministro de cosméticos y productos farmacéuticos. También es aplicable a la producción de instrumentos quirúrgicos utilizados en cirugía guiada por imagen, como muletas, sillas de ruedas y otros instrumentos que requieren poco peso y gran resistencia.

Almacenamiento de residuos nucleares

Debido a la gran resistencia a la corrosión del titanio, éste se utiliza en la fabricación de contenedores para el almacenamiento a largo plazo de residuos nucleares. Varios estudios sobre el titanio han comprobado que con él se pueden fabricar contenedores que duren más de 100.000 años. Por ello, el titanio se instala sobre otros contenedores para hacerlos más duraderos.

Aplicaciones de acero inoxidable

Arquitectura

El acero inoxidable se utiliza en los edificios por su durabilidad y estética. El acero inoxidable se utiliza en la construcción de edificios modernos gracias al desarrollo de calidades de acero inoxidable de alta resistencia, como las calidades dúplex magras. El acero inoxidable es poco reflectante, por lo que se utiliza como material de cubierta en aeropuertos para evitar el deslumbramiento de los pilotos.

Además, ayuda a mantener la superficie del tejado cerca de la temperatura ambiente. También se utilizan para puentes de carretera y peatonales en forma de tubos, placas o barras de refuerzo.

Conversión de papel, pasta y biomasa

El acero inoxidable tiene una gran aplicación en la industria papelera para evitar la contaminación por hierro de los productos. Esto se debe a su resistencia a la corrosión frente a diversos productos químicos utilizados en el proceso de fabricación del papel. Un ejemplo es el uso de acero inoxidable dúplex en digestores para convertir astillas de madera en pasta de madera.

Procesado de productos químicos y petroquímicos

En el procesamiento de productos químicos y petroquímicos, el acero inoxidable se utiliza ampliamente en diferentes aplicaciones. El acero inoxidable se utiliza por su resistencia a la corrosión en entornos gaseosos, acuosos y de alta temperatura.

Alimentación y bebidas

El acero inoxidable es un material de elección para la industria alimentaria y de bebidas, especialmente los austeníticos (serie 300: tipos 304 y 316). Son muy utilizados porque no afectan al sabor de los productos alimenticios y se esterilizan y limpian fácilmente para evitar la infestación bacteriana de los productos alimenticios. También se utilizan mucho en la fabricación de utensilios de cocina, cocinas comerciales, elaboración de cerveza, procesamiento de carne y muchos otros sectores.

Energía

El acero inoxidable se utiliza habitualmente en todas las formas de centrales eléctricas, desde la sola hasta la nuclear. Se utilizan idealmente como soporte mecánico de una unidad de generación de energía en una situación en la que se requiere la permeabilización de líquido o gas. Por ejemplo, filtros en instalaciones de refrigeración, o soporte estructural en la generación de energía electrolítica, o limpieza de gases calientes y muchos más.

Armas de fuego

El acero inoxidable se utiliza en algunas armas de fuego como alternativa al acero pavonado. Por ejemplo, algunos modelos de pistolas, como la Colt Pistola M1911 y Smith and Wesson Modelo 60 están fabricadas íntegramente en acero inoxidable. El uso de acero inoxidable proporciona un acabado de alto brillo que se asemeja al niquelado. A diferencia del niquelado, el acabado no es vulnerable a descascarillarse, desgastarse por el roce u oxidarse cuando se raya.

Automóviles

El acero inoxidable se utiliza en la producción de automóviles como coches, autobuses, camiones y muchos más. Se utilizan para tubos, catalizadores, tubos de escape, colectores, silenciadores y muchos más. Los aceros inoxidables se encuentran en aplicaciones diversas, como bolas para dispositivos de accionamiento de cinturones de seguridad, muelles, escobillas limpiaparabrisas, cierres y muchas más. El acero inoxidable también tiene una amplia aplicación en aviones y naves espaciales para tanques de combustible y muchos más. Esto es posible gracias a su estabilidad térmica.

Industria médica

La mayoría de las herramientas médicas y quirúrgicas se fabrican con acero inoxidable por su capacidad de esterilización en autoclave y su durabilidad. Además, el acero inoxidable se utiliza en implantes quirúrgicos, como refuerzos y sustituciones óseas. También se utiliza en diversas aplicaciones, como la odontología, entre otras.

Impresión 3D

El acero inoxidable se ha utilizado mucho en la impresión 3D. Lo más habitual es que los proveedores de servicios de impresión 3D dispongan de mezclas de sinterización de acero inoxidable patentadas para su uso en la creación de prototipos. El grado de acero inoxidable más utilizado en la impresión 3D es el acero inoxidable 316L. El acero inoxidable se utiliza por su gradiente de alta temperatura y su rápida velocidad de solidificación, lo que se traduce en mejores propiedades mecánicas.

Resumen

Lo que viene a la mente de los diseñadores cuando se necesitan materiales resistentes para un proyecto es el acero inoxidable y el titanio. Estos dos metales se presentan en un amplio surtido de aleaciones que ofrecen una gran variedad de propiedades impresionantes. Para ayudarle a entender estos dos metales y conseguir un proyecto de éxito, le presentamos una guía completa sobre las propiedades, resistencia y aplicación del acero inoxidable.