Barra de titanio en Gr1 Gr2 Gr5 y Gr7 comparada

Barra de titanio en Gr1 Gr2 Gr5 y Gr7 comparadas

Cuatro grados cubren la mayor parte de la barra de titanio que sale de una laminadora: Gr1 para ductilidad, Gr2 como caballo de batalla de uso general, Gr5 para resistencia y Gr7 para reducir ácidos. Parecen idénticas en el estante, se mecanizan de manera diferente y no son intercambiables en un dibujo que requiera uno de ellos. Esta página detalla lo que las separa, cómo se suministra la barra entre 9,52 y 50 mm de diámetro, y qué escribir en una orden de compra para que la barra que llegue sea la barra que el diseño necesita.

Los cuatro grados lado a lado

La diferencia de resistencia entre Gr2 y Gr5 no es un pequeño paso. Gr5 alcanza 895 MPa de tracción con una densidad aún de 4,43 gramos por centímetro cúbico, razón por la cual reemplaza al acero en aplicaciones donde cada kilogramo se cuenta, pero paga esa resistencia con menor ductilidad y un paso de tratamiento térmico que debe controlarse. Gr1 y Gr2 difieren principalmente en el contenido de oxígeno y hierro, y la diferencia se manifiesta en la conformación y soldadura en lugar de en el número de catálogo.

Qué es la barra y cómo se fabrica

La barra cubre secciones redondas, cuadradas y hexagonales, suministrada en longitudes rectas o cortada a medida, y la misma laminadora también produce tocho y alambre de los mismos lotes. El material de partida es un lingote fundido por arco al vacío o haz de electrones, forjado o laminado a tocho, luego laminado o estirado al diámetro final. Gr5 se trata térmicamente después del trabajo, y el ciclo de tratamiento térmico es lo que desarrolla la estructura alfa beta que le da a la aleación su resistencia.

El rango de diámetro para este producto es de 9,52 a 50 mm. Por debajo de eso, la barra generalmente se estira o se rectifica a partir de alambrón; por encima, se lamina o se forja. La longitud es normalmente de 1000 a 6000 mm dependiendo de la sección, y los extremos se cortan a escuadra y se chaflanan para que la barra pueda alimentarse en un torno sin preparación manual.

Tolerancia, rectitud y estado del stock

Más o menos cinco milésimas de pulgada suena generoso hasta que se compara con lo que una barra estirada puede mantener. Para una barra de 20 mm, esa banda es aproximadamente el 0,6 por ciento del diámetro, y se mide en varios puntos a lo largo de la longitud, porque la ovalidad y la conicidad importan tanto como el tamaño nominal. Una barra que es redonda en los extremos y ovalada en el medio producirá piezas que varían a lo largo de la ejecución.

Superficie y contaminación

El trabajo en caliente deja una capa enriquecida en oxígeno, la capa alfa, que es dura, quebradiza e inútil en una pieza de fatiga. Se elimina mediante decapado o rectificado, y la profundidad eliminada se indica en el certificado. Una superficie decapada es gris mate y adecuada para la mayoría de los mecanizados; una superficie rectificada o pulida se utiliza donde la barra va a un dispositivo médico o donde la pieza terminada no se mecanizará por completo.

La contaminación por hierro es el otro problema invisible. Una barra que se ha cortado en una máquina utilizada previamente para acero, o cepillada con un cepillo de alambre de acero, transporta hierro libre en su superficie, y ese hierro se oxida en un ambiente húmedo y parece una falla del titanio. Herramientas separadas, limpieza ácida y una verificación final con ferroxilo o una prueba similar son prácticas estándar para piezas críticas.

Notas de mecanizado y soldadura

El titanio conduce mal el calor, aproximadamente 22 vatios por metro Kelvin frente a unos 50 para el acero, por lo que el calor de corte permanece en el filo. Es por eso que las herramientas están afiladas, las velocidades son moderadas, las velocidades de avance son lo suficientemente altas como para no entrar en la capa endurecida por trabajo, y el refrigerante se inunda en lugar de gotear. Gr5 se endurece más que Gr2 y necesita una configuración más rígida, y ambos grados se pegan en una herramienta desafilada, por lo que el filo se cambia antes de que comience a rozar.

La soldadura de barra de titanio se realiza bajo argón con la junta y la raíz purgadas, porque el metal absorbe oxígeno y nitrógeno por encima de aproximadamente 400 °C y la soldadura resultante es quebradiza. El aporte se ajusta al grado, la temperatura entre pasadas se mantiene baja y la soldadura terminada se decapa. Donde la barra solo se corta y se taladra, nada de esto se aplica, pero vale la pena saberlo antes de que un dibujo de fabricación asuma que una pieza de titanio se puede soldar como el acero.

A 1668 °C, el punto de fusión es lo suficientemente alto como para que la soldadura sea un proceso local con una zona afectada por el calor estrecha, y la baja conductividad térmica significa que esa zona permanece caliente más tiempo que la misma soldadura en acero. Ambos hechos argumentan a favor de un procedimiento calificado en lugar de una decisión de taller.

Dónde se utiliza cada grado

Gr1 se utiliza en componentes que se conforman en lugar de mecanizarse: piezas de embutición profunda, equipos químicos soldados, herrajes criogénicos y piezas que necesitan doblarse en frío sin agrietarse. Gr2 se utiliza en la mayor cantidad de piezas, desde sujetadores y ejes hasta herrajes marinos y cuerpos de instrumentos, porque se mecaniza bien y resiste los cloruros sin recubrimiento. Gr5 se utiliza en todo aquello donde la resistencia por kilogramo decide el diseño: herrajes de fuselaje, sujetadores de alta resistencia, instrumentos quirúrgicos y componentes de automoción. Gr7 se utiliza en interiores de plantas químicas que ven ácido clorhídrico o sulfúrico diluido, donde la adición de paladio mantiene la superficie pasiva.

Inspección y documentos

Cada lote se prueba para determinar la química y las propiedades mecánicas, y los resultados se informan según ASTM B348 para barras de titanio, o según la especificación aeroespacial equivalente donde corresponda. PMI confirma el grado en la barra terminada, UT se utiliza para aeroespacial y para secciones pesadas, y la superficie se inspecciona después del decapado. Un certificado 3.1 según EN 10204, un informe dimensional y el número de lote estampado en la barra son el paquete mínimo; los pedidos médicos y aeroespaciales suelen añadir un informe de estructura de grano y un registro de trazabilidad completo.

Pedido de barra de titanio

Una consulta completa indica el grado, la sección y el diámetro, la tolerancia, la condición, la superficie, la longitud y la inspección: por ejemplo, barra de titanio Gr5, redonda de 25 mm, más o menos 0,005 pulgadas, recocida, rectificada, longitudes de 3000 mm, probada por UT, certificado 3.1. Añada el uso final si es médico o aeroespacial, porque la especificación que rige la prueba es a menudo la especificación del cliente en lugar del estándar de la laminadora, y es más barato acordarlo en la cotización que volver a probar una barra terminada.

Imágenes del producto