Principio: El titanio fundido se vierte en moldes prefabricados y se solidifica para formar componentes con una forma casi{0}}neta-, normalmente mediante fundición a la cera perdida (-cera perdida) para geometrías complejas.
Estructura interna
El titanio fundido (incluido el titanio comercialmente puro y aleaciones como GR.5) tiene una microestructura direccional gruesa dominada por granos columnares o equiaxiales, con un alto grado de segregación de elementos de aleación (por ejemplo, Al y V en GR.5) en los límites de los granos. La estructura as-fundida a menudo contiene defectos de fundición como porosidad de contracción, poros de gas (H₂, N₂) e inclusiones no-metálicas (TiO₂). Para + aleaciones como GR.5, la microestructura as-fundida es principalmente laminar + (estructura Widmanstätten), sin refinamiento de grano ni desarrollo de textura significativos.
Densidad
La densidad teórica del titanio es 4,51 g/cm³, pero el titanio fundido tiene unadensidad relativa de 95–98%debido a porosidad inherente y defectos de contracción. Las cavidades de contracción severa o los poros grandes pueden reducir aún más la densidad por debajo del 95%, lo que lleva a la concentración de tensiones y la degradación del rendimiento.
Propiedades mecánicas
Resistencia y Ductilidad: El titanio fundido tiene una resistencia a la tracción a temperatura ambiente-baja (por ejemplo, el -GR.5 fundido tiene una resistencia a la tracción de 700 a 750 MPa, aproximadamente un 15 % menos que el GR.5 forjado recocido) y una ductilidad deficiente (alargamiento del 5 al 8 %, menos de la mitad que los grados forjados) debido a los granos gruesos y la segregación. Su límite elástico también es bajo (600–650 MPa) con una anisotropía significativa causada por la solidificación direccional.
Dureza y fatiga: La tenacidad a la fractura del -molde GR.5 es solo de 30 a 40 MPa·m¹/² (frente a . 60 MPa·m¹/² para el material forjado) y la resistencia a la fatiga (10⁷ ciclos) es de 200 a 250 MPa (una reducción del 37 al 50 % con respecto a los grados forjados), ya que los defectos actúan como sitios de iniciación de grietas.
Rendimiento de alta-temperatura: La estructura laminar proporciona una resistencia moderada a la fluencia a 300-400 grados, pero la resistencia general a altas temperaturas-es inferior a la del titanio forjado debido a su baja densificación.
Principio: Los lingotes de titanio se someten a deformación plástica a alta-temperatura (por debajo de -transus para aleaciones +) mediante forjado con martillo o prensa, lo que rompe los granos gruesos fundidos y forma una microestructura deformada.
Estructura interna
El titanio forjado tiene unrefinado, deformado + microestructuracon flujo de grano direccional (textura fibrosa) a lo largo de la dirección de forjado. La estructura as-forjada elimina los defectos de fundición (porosidad, segregación) y descompone los granos laminares gruesos en granos + equiaxiales o bimodales (dependiendo de la temperatura de forjado y la velocidad de enfriamiento). Para GR.5, el recocido después de la forja produce una estructura + equiaxial uniforme con tamaños de grano de 5 a 10 μm (frente a . 50-100 μm para el material fundido como-).
Densidad
El forjado elimina los poros internos y compacta el material, dando como resultado unaDensidad relativa mayor o igual al 99,5%., cercano a la densidad teórica del titanio. La densificación garantiza que no haya huecos internos que puedan provocar la concentración de tensiones.
Propiedades mecánicas
Resistencia y Ductilidad: El GR.5 forjado y recocido tiene una resistencia a la tracción de 860–900 MPa, un límite elástico de 800 MPa y un alargamiento de 10–15 %, lo que representa una combinación equilibrada de alta resistencia y ductilidad. El flujo direccional del grano conduce a una anisotropía moderada (la resistencia a lo largo de la dirección de forjado es entre un 5% y un 10% mayor que en la dirección transversal).
Dureza y fatiga: La tenacidad a la fractura alcanza 55–65 MPa · m¹/², y la resistencia a la fatiga de 10⁷-ciclos es 350–400 MPa, significativamente mayor que la del titanio fundido, debido al refinamiento del grano y la eliminación de defectos.
Rendimiento de alta-temperatura: La microestructura bimodal del GR.5 forjado proporciona una excelente resistencia a la fluencia a 300-400 grados (deformación por fluencia<0.1% at 200 MPa for 1000 h), outperforming cast and rolled grades.
Principio: Los lingotes o palanquillas de titanio se procesan mediante laminación en caliente o en frío para producir láminas, placas o tiras, y la deformación plástica se produce a lo largo de la dirección de laminación para formar una microestructura texturizada y aplanada.
Estructura interna
El titanio-laminado en caliente tiene unarecristalizado equiaxial + microestructuracon granos alargados a lo largo de la dirección de rodadura (formando una textura rodante). El titanio-laminado en frío (antes del recocido) tiene una estructura deformada y endurecida-con alta densidad de dislocaciones; El recocido después del laminado en frío refina los granos a 3-5 μm (más fino que el titanio forjado). Para las láminas GR.5, la estructura laminada tiene una textura basal fuerte, lo que produce una anisotropía significativa en la formabilidad y las propiedades mecánicas.
Densidad
El laminado logra una densificación total con unaDensidad relativa mayor o igual al 99,8%., ya que la deformación por compresión continua elimina la porosidad residual y garantiza un embalaje uniforme del material. La laminación en frío mejora aún más la densidad al reducir los espacios intergranulares.
Propiedades mecánicas
Resistencia y Ductilidad: Annealed hot-rolled GR.5 sheets have a tensile strength of 850–880 MPa, yield strength of 780–800 MPa, and elongation of 12–18% (higher ductility than forged titanium due to finer grains). Cold-rolled (unannealed) GR.5 has ultra-high strength (tensile strength >1000 MPa) pero baja ductilidad (alargamiento<5%) due to work hardening.
Dureza y fatiga: La tenacidad a la fractura del GR.5 laminado es de 50 a 60 MPa·m¹/² (ligeramente inferior a la de los grados forjados debido a la anisotropía inducida por la textura-), mientras que la resistencia a la fatiga es de 380 a 420 MPa (superior a la del material forjado debido a un tamaño de grano más fino y un acabado superficial liso).
Formabilidad: Las láminas laminadas tienen una excelente conformabilidad en frío (p. ej., doblado, estampado) a lo largo de la dirección de laminado, pero la conformabilidad es deficiente en la dirección transversal debido a la textura fuerte, lo que limita su uso en componentes de formas complejas-.
Principio: El polvo de titanio (producido mediante atomización de gas o métodos de hidruro-deshidruro (HDH)) se compacta y sinteriza a altas temperaturas para formar componentes completamente densos, lo que permite la fabricación de formas casi-netas-y el control de la microestructura.
Estructura interna
El titanio PM tiene unmicroestructura equiaxial uniforme y de grano fino-(tamaño de grano de 2 a 5 μm) sin textura direccional ni segregación, ya que las partículas de polvo se recristalizan completamente durante la sinterización. Para PM GR.5, la microestructura es una matriz + homogénea con partículas de fase fina - distribuidas uniformemente. Sin embargo, pueden permanecer en los límites de los granos poros residuales (menor o igual a 1% de fracción en volumen) e inclusiones menores de óxido (de la oxidación de la superficie del polvo).
Densidad
La densidad del titanio PM depende de los parámetros de sinterización: el titanio PM sinterizado al vacío tiene unadensidad relativa de 98–99,5%, mientras que el tratamiento posterior-con prensado isostático en caliente (HIP) puede aumentar la densidad hasta un 99,8 % o más, igualando los niveles de titanio forjado. El polvo HDH (forma irregular) produce una densidad menor que el polvo atomizado con gas-(forma esférica) debido a la mala eficiencia del empaque.
Propiedades mecánicas
Resistencia y Ductilidad: El PM GR.5 sinterizado tiene una resistencia a la tracción de 800 a 850 MPa, un límite elástico de 750 a 780 MPa y un alargamiento de 8 a 12 % (ligeramente inferior al de las calidades forjadas debido a la porosidad residual). El PM GR.5 tratado con HIP- logra una resistencia a la tracción de 850 a 900 MPa y un alargamiento del 10 al 15 %, comparable al titanio forjado.
Dureza y fatiga: La tenacidad a la fractura del PM GR.5 es de 45 a 55 MPa · m¹/² (menor que la del material forjado debido a inclusiones de óxido) y la resistencia a la fatiga es de 300 a 350 MPa (mejorada a 380 a 400 MPa con HIP). La estructura de grano fino-da al titanio PM una excelente resistencia al desgaste, superior a la de los grados forjados.
Costo y personalización: PM permite la producción de componentes complejos con un desperdicio mínimo de material, pero la oxidación y la porosidad del polvo limitan su uso en aplicaciones aeroespaciales de alta-fatiga, lo que lo hace adecuado para componentes industriales y médicos (por ejemplo, implantes ortopédicos) con requisitos de rendimiento moderados.
