El titanio de grado 2 (titanio comercialmente puro, UNS R50400) se define por límites estrictos de contenido de oxígeno de acuerdo con estándares internacionales comoASTM B348(para barras de titanio y aleaciones de titanio) yASTM B265(para láminas/placas de titanio y aleaciones de titanio).
El contenido máximo de oxígeno del titanio de grado 2 es0,25% en peso.
Este límite es un diferenciador clave entre los grados-de pureza más bajos (p. ej., el grado 1 tiene un contenido máximo de oxígeno del 0,18 %) y los grados-de mayor pureza (p. ej., el grado 3 tiene un contenido máximo de oxígeno del 0,35 %). El oxígeno se controla intencionalmente como elemento de aleación intersticial para equilibrar las propiedades mecánicas y la procesabilidad.
El oxígeno actúa comofortalecimiento del elemento intersticialen titanio comercialmente puro, pero su contenido tiene un efecto de compensación-en resistencia y tenacidad:
Impacto en la fuerza
Dentro del límite estándar (menor o igual a 0,25 en peso%), un aumento en el contenido de oxígeno conduce a un aumento significativo en la resistencia del titanio de grado 2. Esto se debe a que los átomos de oxígeno ocupan sitios intersticiales en la estructura cristalina hexagonal compacta -del titanio, lo que provoca una distorsión de la red e impide el movimiento de las dislocaciones. Como resultado, ambosresistencia a la tracciónylímite elásticoaumenta proporcionalmente con el contenido de oxígeno. Por ejemplo, el Grado 2 con contenido de oxígeno en el límite superior (0,25%) normalmente tiene un límite elástico de ~275 MPa, mientras que una muestra de Grado 2 con un contenido de oxígeno más bajo (p. ej., 0,15%) puede tener un límite elástico de ~240 MPa.
Impacto en la dureza
El aumento del contenido de oxígeno va acompañado de una reducción de la tenacidad y ductilidad del titanio de grado 2. El exceso de oxígeno (que se acerca o supera el límite del 0,25%) aumenta la fragilidad del material, ya que la estructura reticular distorsionada hace que sea más difícil que el material se deforme plásticamente antes de fracturarse. Esto se manifiesta como una disminución enalargamiento de roturayreducción de área. Por ejemplo, el Grado 2 con 0,25 % de oxígeno tiene un alargamiento de ~20–25 %, mientras que una variante con menor-oxígeno puede tener un alargamiento de ~28–30 %. Más allá del límite estándar, el oxígeno puede incluso provocar fragilidad, comprometiendo gravemente la resistencia del material al impacto y la fatiga.
Las propiedades mecánicas del titanio de grado 2 dependen de la temperatura-y su rendimiento varía significativamente en rangos de temperatura criogénica, ambiental y elevada. A continuación se muestran los datos de propiedades mecánicas típicas (de acuerdo con las normas ASTM) del titanio Grado 2 a temperaturas comunes:
Notas clave sobre el rendimiento relacionado con la temperatura-:
Temperaturas criogénicas (-270 grados a -196 grados): El titanio de grado 2 exhibe un excelente rendimiento criogénico-su resistencia aumenta significativamente en comparación con la temperatura ambiente, mientras que la ductilidad se mantiene en un nivel razonable. Esto lo hace adecuado para aplicaciones de baja-temperatura, como tanques de almacenamiento de gas líquido.
Temperatura ambiente (25 grados): El material logra una combinación equilibrada de resistencia y ductilidad, que es la base de su amplio uso en procesamiento químico, ingeniería marina y dispositivos médicos.
Temperaturas elevadas (100 grados a 400 grados): La resistencia disminuye gradualmente al aumentar la temperatura, pero la ductilidad aumenta ligeramente. El titanio de grado 2 se puede utilizar de forma continua a temperaturas de hasta 315 grados; Por encima de los 400 grados, su resistencia a la oxidación y su estabilidad mecánica disminuyen drásticamente, lo que limita su servicio a largo plazo-en entornos de alta-temperatura.
