1. Propiedades mecánicas a temperatura ambiente (25 grados)
Titanio comercialmente puro (CP) (p. ej., GR.1/GR.2)
El titanio CP tiene una microestructura -monofásica a temperatura ambiente. Su resistencia a la tracción oscila entre 240 y 485 MPa (GR.1 a GR.2), con valores de alargamiento del 20 al 30% y alta tenacidad a la fractura (mayor o igual a 60 MPa·m¹/²). Las propiedades están dominadas por los elementos intersticiales (O, N, C): un mayor contenido de oxígeno aumenta la resistencia pero reduce la ductilidad. A temperatura ambiente, el titanio CP tiene buena conformabilidad y resistencia a la corrosión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones sin-alto-esfuerzo, como tuberías químicas e implantes médicos.
.+ Aleaciones de titanio (p. ej., GR.5/Ti-6Al-4V)
GR.5 tiene una estructura de fase + dual a temperatura ambiente. En estado recocido, su resistencia a la tracción alcanza 860–900 MPa, límite elástico ~800 MPa, alargamiento ~10–15% y resistencia a la fatiga (10⁷ ciclos) ~400 MPa. La microestructura equilibrada + proporciona un equilibrio entre resistencia, ductilidad y tenacidad, mientras que su bajo módulo elástico (110 GPa, ~50 % del acero) reduce la protección contra la tensión en implantes biomédicos y mejora la amortiguación de vibraciones en estructuras aeroespaciales.
2. Propiedades mecánicas a altas temperaturas (200 grados/300 grados)
Reducción de fuerza y rigidez
A 200 grados, la resistencia a la tracción del GR.5 recocido disminuye entre un 10 y un 15 % (a 750 a 780 MPa) en comparación con la temperatura ambiente, y a 300 grados, cae entre un 20 y un 25 % (a 650 a 700 MPa). El límite elástico también disminuye (a ~700 MPa a 200 grados y ~600 MPa a 300 grados) debido al aumento de la movilidad de las dislocaciones y a la reducción de las fuerzas de enlace interatómico. El módulo elástico del titanio disminuye linealmente con la temperatura (de 110 GPa a temperatura ambiente a ~105 GPa a 200 grados y ~100 GPa a 300 grados), lo que reduce la rigidez estructural.
Resistencia a la fluencia
La fluencia (deformación plástica dependiente del tiempo-bajo carga constante) se vuelve perceptible a temperaturas superiores a 200 grados para los materiales de titanio. El titanio CP tiene poca resistencia a la fluencia a 300 grados y no puede soportar cargas estáticas a largo plazo-, mientras que las aleaciones + como GR.5 exhiben un mejor rendimiento a la fluencia: bajo una tensión de 200 MPa a 300 grados, su deformación después de 1000 horas es inferior al 0,1%, lo que cumple con los requisitos de las carcasas de motores aeroespaciales y los componentes de escape (que normalmente funcionan por debajo de 400 grados). -recocido GR.5 tiene una mayor resistencia a la fluencia que los grados recocidos o STA a 300 grados debido a su microestructura laminar +, que dificulta el movimiento de dislocación.
Cambios de ductilidad y tenacidad
El alargamiento de GR.5 aumenta ligeramente a 200 grados (a ~15-18 %) debido a la reducción del endurecimiento por trabajo, pero a 300 grados, comienza a disminuir (a ~10-12 %) a medida que el deslizamiento de los límites del grano y la fragilidad inducida por la oxidación-se vuelven prominentes. La tenacidad a la fractura también disminuye ~10% a 300 grados, ya que las altas temperaturas promueven la formación de microhuecos en los límites de fase.
3. Propiedades mecánicas a temperaturas criogénicas (-196 grados)
Mejora de la fuerzaA -196 grados, la resistencia a la tracción del GR.5 recocido aumenta a ~1100-1200 MPa (un aumento de 30-40 % con respecto a la temperatura ambiente), y el límite elástico aumenta a ~950-1000 MPa. El titanio CP (GR.2) también experimenta un aumento de resistencia (resistencia a la tracción de 485 MPa a temperatura ambiente a ~600 MPa a -196 grados). Esto se debe a que las temperaturas criogénicas reducen la movilidad de las dislocaciones, aumentan la tensión de fricción de la red y suprimen la formación de microgrietas inducidas por la deformación, lo que lleva a un endurecimiento por trabajo pronunciado durante la deformación plástica.
Mejora de la ductilidad y la tenacidad
A diferencia del acero o el aluminio (que pierden ductilidad a -196 grados), los materiales de titanio mantienen o incluso mejoran la ductilidad y la tenacidad a temperaturas criogénicas. El alargamiento de GR.5 aumenta a ~15–20 % a -196 grados (de 10 a 15 % a temperatura ambiente) y la tenacidad a la fractura aumenta a ~20–30 % (a mayor o igual a 70 MPa·m¹/²). El alargamiento del titanio CP alcanza entre el 25% y el 30% a -196 grados, sin signos de transición frágil. Esto se debe a la estabilidad de la fase a temperaturas criogénicas (sin fragilización inducida por transformación de fase) y a la supresión de la fragilización por hidrógeno (la difusión de hidrógeno se inhibe a bajas temperaturas).
Rendimiento ante fatiga e impacto
Las temperaturas criogénicas también mejoran la resistencia a la fatiga del GR.5: su resistencia a la fatiga de 10⁷-ciclos aumenta a ~500–550 MPa a -196 grados (frente a 400 MPa a temperatura ambiente). La resistencia al impacto (Charpy V-notch) aumenta de ~40 J a temperatura ambiente a ~60 J a -196 grados, lo que lo hace adecuado para aplicaciones criogénicas como tanques de almacenamiento de gas natural licuado (GNL), tanques de combustible para cohetes y soportes de dispositivos superconductores.
