1. Resistencia a la oxidación de la aleación de titanio de grado 5 a altas temperaturas
La aleación de titanio de grado 5 presenta una buena resistencia a la oxidación a temperaturas moderadas, pero su rendimiento depende de la temperatura.
A temperaturas de hasta 300 grados – 350 grados, la aleación forma una capa de óxido delgada, densa y adherente compuesta principalmente de TiO₂. Esta capa protectora evita una mayor difusión de oxígeno hacia el sustrato, lo que da como resultado una cinética de oxidación lenta y un rendimiento estable durante el servicio a largo plazo.
Cuando la temperatura supera los 400 grados, la oxidación se acelera notablemente. La capa de óxido se vuelve más gruesa, menos uniforme y puede perder adherencia, lo que provoca una mayor disolución de oxígeno en la matriz de titanio. Por encima de 450 grados – 500 grados, la penetración de oxígeno provoca fragilización por oxígeno: los átomos de oxígeno se disuelven intersticialmente en la red de titanio, lo que aumenta la dureza pero reduce gravemente la ductilidad y la tenacidad al impacto. Este fenómeno se conoce como fragilización intersticial.
Por lo tanto, no se recomienda el uso continuo del Grado 5 por encima de 400 grados si se requiere integridad estructural y ductilidad. Para aplicaciones por encima de 400 grados, se prefieren recubrimientos resistentes a la oxidación o aleaciones de titanio para temperaturas más altas, como IMI 834 o Ti-6242.
2. Servicio a largo plazo: degradación de la resistencia a la corrosión y la resistencia
(1) Degradación de la resistencia a largo plazo
Durante la exposición prolongada a altas temperaturas, la aleación de titanio de grado 5 sufre cambios microestructurales que afectan las propiedades mecánicas.
En el rango de 300 grados a 350 grados, la resistencia a la tracción y el límite elástico permanecen relativamente estables durante miles de horas.
La sujeción prolongada entre 400 y 550 grados provoca un engrosamiento de la fase alfa y una relajación térmica, lo que lleva a una disminución gradual de la resistencia a la tracción y la resistencia a la fatiga.
La difusión de oxígeno y la fragilización intersticial reducen aún más la ductilidad y la tenacidad a la fractura.
Para un rendimiento confiable a largo plazo, la industria generalmente acepta un límite de servicio continuo de 315 grados para Grado 5. Más allá de esta temperatura, la degradación de la resistencia se vuelve significativa y limita la vida útil de los componentes.
(2) Resistencia a la corrosión a largo plazo
En la mayoría de los entornos, incluidos ambientes marinos, atmósferas neutras y medios químicos suaves, el Grado 5 mantiene una excelente resistencia a la corrosión después de un uso prolongado.
La capa protectora de TiO₂ se reforma espontáneamente si se daña, proporcionando una resistencia a la corrosión persistente.
Sin embargo, dos factores pueden reducir el rendimiento:
Fragilización por oxidación a alta temperatura:Como se mencionó, la penetración profunda de oxígeno degrada la tenacidad de la superficie y puede promover la formación de grietas bajo tensión.
Interacción fluencia-corrosión:A altas temperaturas y tensión sostenida, la deformación por fluencia puede romper la película pasiva localmente, acelerando la corrosión localizada en medios agresivos.
En condiciones normales de servicio por debajo de 300 grados, no se produce una degradación significativa de la resistencia a la corrosión durante períodos prolongados.
Resumen
La aleación de titanio de grado 5 tiene una resistencia a la oxidación satisfactoria hasta 350 grados – 400 grados. Por encima de los 400 grados, la oxidación y la fragilización del oxígeno se convierten en factores limitantes.
La exposición prolongada a altas temperaturas conduce a una reducción gradual de la resistencia debido al engrosamiento microestructural y la fragilización intersticial, mientras que la resistencia a la corrosión permanece estable en entornos de servicio típicos. Para obtener la máxima confiabilidad, la temperatura de funcionamiento continuo debe limitarse a aproximadamente 315 grados.
