Dureza y Densidad del Tubo de Titanio HV200

Tubo de titanio HV200: Lectura correcta de dureza y densidad

La dureza y la densidad son los dos números que más se citan para un tubo de titanio y los dos que más se malinterpretan. HV200 describe el estado recocido de un grado comercial puro, y 4,51 g/cm³ describe la familia de titanio no aleado. Ningún número identifica un grado por sí solo, y ninguno demuestra el rendimiento frente a la corrosión, pero ambos son controles rápidos y económicos que detectan problemas reales antes de que un tubo se instale en un intercambiador de calor.

¿Qué le dice realmente el HV200?

La dureza Vickers en la región de 200, que corresponde aproximadamente a 190 en la escala Brinell, es la lectura normal para un tubo Gr2 recocido. Confirma que el tubo ha sido recocido en lugar de dejado en estado de trabajo en frío, y proporciona una línea de base con la que se puede comparar un lote sospechoso. La prueba es rápida, se puede realizar en una muestra cortada o en la superficie del tubo, y no necesita una máquina de tracción, por lo que aparece en muchos planes de inspección.

El valor es más útil como una encuesta que como una cifra única. Una lectura tomada en la superficie exterior que es mucho más dura que una tomada en la mitad de la pared apunta a una piel enriquecida en oxígeno, el caso alfa, que se forma cuando el trabajo en caliente se realiza sin protección adecuada. Esa piel es quebradiza, se agrieta al doblarse y es el punto de partida de la fatiga. Una dispersión de más de aproximadamente 20 HV a lo largo de la longitud sugiere un trabajo en frío desigual o un recocido incompleto, y ambas condiciones significan que el tubo se moverá al mecanizarse.

La dureza también tiene un límite práctico. Por encima de aproximadamente HV 250, el mecanizado se vuelve notablemente más lento y el desgaste de la herramienta aumenta, y el laminado de roscas o el doblado sin agrietamiento requieren la condición recocida más blanda. Para un tubo que se va a laminar en una placa de tubos o doblar en el sitio, el rango de dureza recocida no es una formalidad; es la propiedad que permite que la fabricación tenga éxito.

Densidad como comprobación de familia, no como certificado de grado

Una densidad de 4,51 g/cm³ sitúa el material en la familia de titanio no aleado, que abarca Gr1, Gr2, Gr3 y Gr4. La aleación Ti-6Al-4V se sitúa más abajo, cerca de 4,43 g/cm³, porque el aluminio es más ligero que el titanio mientras que el vanadio es más pesado, y el efecto neto es una pequeña caída. Por lo tanto, una comprobación de peso y medida es una buena manera de detectar un paquete mixto, pero no puede separar Gr2 de Gr3, y no puede confirmar que la adición de paladio que define Gr7 esté presente.

Ese último punto es importante comercialmente. La confirmación del grado pertenece a la identificación positiva de materiales, que lee los elementos de aleación directamente y tarda segundos por pieza. La densidad y la dureza son herramientas de cribado; la PMI y el certificado del molino son la evidencia. Un plan de calidad que utiliza los tres, en ese orden de costo, detecta la mayoría de los errores por muy poco dinero.

Reconciliación de la cifra de resistencia en el bloque de atributos

Esta página también enumera una resistencia a la fluencia de 800 MPa junto con la dureza HV200, la densidad de 4,51 g/cm³ y una condición recocida. Esos valores describen materiales diferentes. Un tubo no aleado recocido a HV200 tiene una resistencia a la fluencia de alrededor de 275 a 345 MPa, y una resistencia a la fluencia de 800 MPa pertenece a un grado de aleación que normalmente leería más duro y más denso que 4,43 g/cm³. La lectura honesta es que el bloque de atributos cubre una familia de productos en lugar de una especificación.

Para la compra, la resolución es pedir por grado y propiedad. Indique Gr2 y la condición recocida cuando la resistencia a la corrosión y la formabilidad sean los impulsores, e indique el grado de aleación con su requisito mecánico cuando los 800 MPa sean realmente necesarios. Las cifras de dureza y densidad se convierten entonces en comprobaciones de aceptación frente a una especificación definida en lugar de afirmaciones contradictorias.

Tolerancia, Pared y Estructura

Una tolerancia h7 es una designación de ajuste, y en un tubo necesita una aclaración: aplicada a un diámetro exterior, h7 significa que la desviación superior es cero y la pieza nunca es de gran tamaño, mientras que el equivalente para un orificio es H7, donde la desviación inferior es cero y el orificio nunca es de tamaño insuficiente. Un dibujo que dice h7 sin nombrar la superficie invita a una pieza que no ensamblará. Nombrar la superficie y la banda elimina la ambigüedad.

El valor práctico de un tubo h7 es que se puede utilizar como superficie de localización terminada, para un manguito, un asiento de rodamiento o un inserto ajustado, sin mecanizado adicional. Eso ahorra una operación de mandrinado o rectificado, pero también significa que el tubo debe estar lo suficientemente recto y redondo para que el ajuste funcione en toda su longitud, por lo que la rectitud y la falta de redondez pertenecen al mismo dibujo que la tolerancia del diámetro.

El espesor de la pared es la otra mitad de la estructura. El rango de tamaño en esta página abarca una serie de programas (schedule) de 5 a 80 para diámetros exteriores de 10 a 300 mm, por lo que el mismo diámetro nominal se puede suministrar como un tubo de condensador delgado o como una tubería de proceso de pared gruesa. La tolerancia de pared es normalmente de más o menos 10 por ciento, y la excentricidad, la variación de la pared alrededor de la circunferencia, es lo que realmente limita la pared mínima en el punto más delgado. Para servicio a presión, el diseño debe verificarse con la pared mínima, no con la nominal.

Resistencia a la corrosión en servicio real

Alta resistencia a la corrosión es una descripción justa del titanio en medios oxidantes y cloruros neutros, y la película de óxido que la proporciona se repara sola siempre que haya oxígeno o agua presente. El agua de mar, el agua de refrigeración clorada, el ácido nítrico y la mayoría de las soluciones de sales oxidantes son usos cómodos. Las fallas ocurren en los bordes de ese sobre: ácidos reductores, salmueras de cloruro concentradas en caliente, cloro seco y cualquier grieta donde la película no pueda repararse.

La corrosión por grietas es el riesgo que engaña a los diseñadores, porque ocurre debajo de una junta, una unión de placa de tubos, un depósito o una silla de soporte, a temperaturas donde la misma aleación es perfectamente aceptable en flujo abierto. Las defensas prácticas son diseñar para el drenaje y el flujo, evitar grietas estrechas de metal a metal y especificar un grado con paladio como Gr7 donde una grieta es inevitable y el medio es reductor. Gr12 es la alternativa donde la corrosión por grietas y la resistencia moderada son importantes.

La temperatura pertenece a la misma conversación. La película de óxido se espesa y la resistencia mecánica disminuye a medida que aumenta la temperatura, y los cloruros que son inofensivos a temperatura ambiente pueden atacar una grieta caliente. Un tubo seleccionado con datos ambientales e instalado en una línea caliente es una fuente común de picaduras inesperadas, por lo que la temperatura de diseño y la condición de grieta deben indicarse juntas.

Inspección y pedido

Un plan de inspección viable para este tipo de tubo combina una encuesta de dureza en una muestra de cada lote, identificación positiva de materiales en cada pieza o al menos en cada paquete, controles dimensionales de diámetro, pared y rectitud, y una prueba de presión o de corrientes de Foucault para la integridad de la pared. Un certificado 3.1 según EN 10204 debe vincular los resultados al número de colada y a la cantidad entregada.

El pedido debe incluir el estándar, ASTM B861 para tubo sin costura o B338 donde sea la referencia contractual, el grado, el diámetro exterior y la pared con tolerancias, la condición de la superficie, la longitud y el paquete de pruebas. Donde la dureza sea un requisito, indique el método y la ubicación de la prueba, porque una lectura superficial y una lectura en la mitad de la pared en el mismo tubo pueden diferir en más de lo que permite la banda de aceptación.

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