El polvo de titanio Ti64ELI es un importante material de ingeniería utilizado en diversas industrias debido a sus propiedades y características únicas. Este artículo ofrece una descripción técnica completa del polvo de titanio Ti64ELI que abarca su composición, propiedades, aplicaciones, especificaciones, precios, ventajas y limitaciones.
Visión general del titanio Ti64ELI en polvo
Polvo de titanio Ti64ELI, también conocido como Titanio 6Al-4V ELI en polvoes una aleación de titanio que contiene aluminio y vanadio como elementos de aleación. Presenta una excelente relación resistencia-peso, resistencia a la fatiga, tenacidad a la fractura y resistencia a la corrosión. El polvo Ti64ELI es la variante extra-baja intersticial del Ti64 con niveles más bajos de oxígeno, nitrógeno, carbono y hierro.
Ti64ELI se utiliza para la fabricación aditiva, el moldeo por inyección de metales, el prensado isostático en frío y en caliente y otros procesos pulvimetalúrgicos. Puede imprimirse en 3D para obtener piezas complejas totalmente densas con microestructuras finas y propiedades mecánicas comparables a las de los productos de Ti64 forjado. La combinación de peso ligero, fuerza y resistencia a la corrosión del Ti64ELI lo hace adecuado para aplicaciones aeroespaciales, médicas, dentales, deportivas, automovilísticas y marinas.
Algunas características clave del polvo de titanio Ti64ELI son:
- Excelente biocompatibilidad y osteointegración
- Posibilidad de imprimir en 3D geometrías complejas que no son posibles con la fundición o el mecanizado.
- Composición y microestructura homogéneas en las piezas impresas en 3D
- Buena resistencia a la fatiga y a la fractura
- Elementos intersticiales inferiores al Ti64 para una ductilidad superior
- Compatibilidad con el prensado isostático en caliente (HIP) y los tratamientos térmicos
- Conformidad con las normas ASTM sobre química y tamaño de las partículas
Composición del polvo de titanio Ti64ELI
La composición química típica del polvo de titanio Ti64ELI es:
| Elemento | Peso % |
|---|---|
| Titanio (Ti) | Saldo |
| Aluminio (Al) | 5.5-6.75% |
| Vanadio (V) | 3.5-4.5% |
| Oxígeno (O) | ≤ 0,13% |
| Nitrógeno (N) | ≤ 0,05% |
| Carbono (C) | ≤ 0,08% |
| Hierro (Fe) | ≤ 0,25% |
Los principales elementos de aleación son el aluminio y el vanadio. El aluminio aumenta la resistencia y disminuye la densidad. El vanadio mejora la resistencia y la ductilidad. La escasa presencia de elementos intersticiales de oxígeno, nitrógeno y carbono en Ti64ELI le confiere una mayor ductilidad en comparación con Ti64.
Propiedades del titanio Ti64ELI en polvo
El polvo de titanio Ti64ELI tiene las siguientes propiedades:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad | 4,43 g/cm3 |
| Punto de fusión | 1604-1660°C |
| Conductividad térmica | 6,7 W/m-K |
| Resistividad eléctrica | 170 μΩ-cm |
| Módulo de Young | 114 GPa |
| Resistencia a la tracción | 895-930 MPa |
| Límite elástico | 825-875 MPa |
| Alargamiento | 10-15% |
| Relación de Poisson | 0.32-0.34 |
| Resistencia a la fatiga | 400 MPa |
Aspectos más destacados:
- Baja densidad en comparación con los aceros
- Mantiene la resistencia y la tenacidad a temperaturas criogénicas
- Más resistente que el titanio comercialmente puro
- Menor ductilidad que el Ti64 forjado, pero suficiente para la mayoría de las aplicaciones.
- Excelente resistencia a la corrosión gracias a una capa de óxido protectora estable
Aplicaciones del polvo de titanio Ti64ELI
El polvo de titanio Ti64ELI se utiliza para fabricar piezas para las siguientes aplicaciones:
Aeroespacial: Componentes de motores, fuselajes, turbinas, elementos de fijación, engranajes, sistemas hidráulicos
Médico y dental: Implantes ortopédicos, prótesis, instrumentos quirúrgicos, implantes dentales
Automóvil: Válvulas, bielas, componentes de coches de carreras
Marina: Hélices, bombas, ejes, tuberías, accesorios
Química: Intercambiadores de calor, válvulas, tuberías para la manipulación de productos químicos corrosivos
Artículos deportivos: Palos de golf, cuadros de bicicleta, raquetas de tenis, palos de lacrosse
Fabricación aditiva: Piezas impresas en 3D para los sectores aeroespacial, automovilístico y médico
El Ti64ELI es preferible al Ti64 en AM debido a la menor cantidad de elementos intersticiales que causan fragilidad en las piezas de Ti64 impresas en 3D. También tiene una alta biocompatibilidad para implantes médicos.
Especificaciones del polvo de titanio Ti64ELI
El polvo de titanio Ti64ELI está disponible en las siguientes especificaciones:
| Parámetro | Detalles |
|---|---|
| Tamaño de las partículas | 15-45 micras |
| Método de producción | Atomización de gas |
| Forma de las partículas | Esférica |
| Distribución por tamaños | D10: 20 micras, D50: 35 micras, D90: 40 micras |
| Densidad aparente | ~2,2 g/cc |
| Densidad del grifo | ~3,2 g/cc |
| Fluidez | Excelente |
| Normas | ASTM B348 Grado 23 |
Se pueden fabricar partículas de mayor tamaño (63-106 micras) en función de los requisitos de la aplicación. Hay disponibles tamaños de partícula más finos para materias primas de moldeo por inyección de metales.
Proveedores y precios del titanio Ti64ELI en polvo
Algunos de los principales proveedores y precios del polvo de titanio Ti64ELI son:
| Proveedor | Precios |
|---|---|
| AP&C | $88/kg para pedidos >1000 kg |
| Arcam AB | $75/kg para pedidos >500 kg |
| TLS Técnica | 100 euros/kg para pedidos >100 kg |
| Tecnología LPW | 70-90 £/kg para pedidos >100 kg |
| CNPC Polvo | $80-100/kg para >100 kg |
Los precios varían entre $70-100 por kg en función de la cantidad del pedido, la distribución granulométrica y la ubicación. Las pequeñas cantidades y las muestras para investigación pueden costar más de $500/kg.
Comparación entre los polvos de titanio Ti64 y Ti64ELI
He aquí una comparación entre las aleaciones de titanio Ti64ELI y Ti64:
| Parámetro | Ti64ELI | Ti64 |
|---|---|---|
| O, C, N intersticiales | Baja | Más alto |
| Ductilidad | Más alto | Baja |
| Dureza | Mejor | Pobre |
| Soldabilidad | Excelente | Moderado |
| Resistencia a la corrosión | Comparable | Comparable |
| Fuerza | Comparable | Comparable |
| Coste | Más alto | Baja |
| Adecuación AM | Excelente | Moderado |
Ventajas de Ti64ELI sobre Ti64:
- Mejor ductilidad y resistencia a la fractura
- Menor tendencia al agrietamiento durante la fabricación aditiva
- Puede someterse a tratamiento térmico para aumentar su resistencia
- Más resistente a la absorción de hidrógeno y a la fragilización
Limitaciones de Ti64ELI frente a Ti64:
- Mayor coste debido a la pureza de la materia prima y a la transformación
- No se recomienda para aplicaciones a altas temperaturas superiores a 300°C
- Menos datos disponibles sobre el desarrollo de aleaciones en comparación con Ti64
Ventajas e inconvenientes del polvo de titanio Ti64ELI
Ventajas:
- Excelente relación resistencia-peso
- La bioinercia permite su uso para implantes médicos
- Resiste la esterilización y el autoclave
- Resiste la corrosión en entornos difíciles
- Compatible con procesos tradicionales y aditivos
- Tratable térmicamente para adaptar las propiedades
- Puede chaparse para mejorar la estética y la adherencia
Desventajas:
- Más caros que los aceros inoxidables y las aleaciones de aluminio
- Menor rigidez que el acero, propenso al springback
- Escasa resistencia al cizallamiento en comparación con los aceros
- El polvo de titanio supone un riesgo de incendio
- Difícil de mecanizar debido a su baja conductividad térmica
- Sensible al gripado y al agarrotamiento durante el mecanizado
- Tratamientos de superficie obligatorios para la unión adhesiva
- Requiere protección con gas inerte durante el AM y la soldadura
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es la diferencia entre Ti64ELI y Ti64?
R: Ti64ELI tiene menos oxígeno, nitrógeno y carbono intersticiales que Ti64. Esto confiere al Ti64ELI una mayor ductilidad y resistencia a la fractura.
P: ¿Qué aplicaciones tiene el polvo Ti64ELI?
R: Las principales aplicaciones son los componentes aeroespaciales, los implantes médicos, las piezas de automoción y la impresión 3D. Se utiliza mucho en industrias donde se requiere alta resistencia, bajo peso y resistencia a la corrosión.
P: ¿Qué tamaño de partícula se utiliza para la AM?
R: Se recomiendan tamaños de partícula de entre 15 y 45 micras para los procesos de AM por fusión en lecho de polvo, como la fusión selectiva por láser (SLM) y la fusión por haz de electrones (EBM).
P: ¿Cuáles son las ventajas del Ti64ELI sobre el acero inoxidable?
R: El Ti64ELI tiene una mayor relación resistencia-peso, mejor resistencia a la corrosión y mayor biocompatibilidad que los aceros inoxidables. Sin embargo, Ti64ELI también es más caro.
P: ¿Qué postprocesado requieren las piezas Ti64ELI AM?
R: Las piezas de AM pueden necesitar prensado isostático en caliente (HIP), tratamientos térmicos y mecanizado para conseguir las dimensiones, el acabado superficial y las propiedades del material requeridos.
P: ¿Se pueden soldar las piezas Ti64ELI para repararlas o unirlas?
R: Sí, Ti64ELI tiene una excelente soldabilidad. Para soldar piezas de Ti64ELI pueden utilizarse la soldadura por láser, la soldadura por haz de electrones y la soldadura por arco. Es necesario un blindaje adecuado para evitar la oxidación.
Conclusión
En resumen, el polvo de titanio Ti64ELI ofrece una excelente combinación de alta resistencia, bajo peso, resistencia a la corrosión, biocompatibilidad, procesabilidad y capacidad de tratamiento térmico. Sus aplicaciones abarcan los sectores aeroespacial, médico, automovilístico, químico y de consumo. Con la fabricación aditiva, las piezas complejas de Ti64ELI pueden imprimirse en 3D directamente a partir de datos CAD para la producción bajo demanda de componentes estructurales ligeros. Sin embargo, el Ti64ELI es más costoso que el Ti64 y difícil de mecanizar. En general, Ti64ELI presenta capacidades que superan los límites de las aleaciones de titanio convencionales.
