Por Qué el Corte por Hilo de Aleaciones de Titanio Es un Desafío y Cómo Superarlo

Si desea mecanizar titanio por CNC, a menudo se necesita más tiempo para pensar cómo facilitar el proceso. Porque siempre ha sido un reto procesar aleaciones de titanio por corte por hilo, que es el mejor método. ¿Por qué es tan desafiante?

Para resolverlo, primero debemos entender algunas propiedades metálicas comunes de las aleaciones de titanio.

¿Qué es la Aleación de Titanio?

El titanio es un metal nuevo. Su rendimiento depende de impurezas como carbono, nitrógeno, hidrógeno y oxígeno. El yoduro de titanio más puro tiene ≤0,1% impurezas, pero baja resistencia y alta plasticidad. Propiedades del titanio industrial puro al 99,5%: densidad ρ=4,5 g/cm³, punto de fusión 1725 °C, conductividad térmica λ=15,24 W/(m·K), resistencia a tracción σb=539 MPa, elongación δ=25%, contracción de sección ψ=25%, módulo elástico E=1,078×10⁵ MPa, dureza HB195.

¿Cuáles son las Propiedades de las Aleaciones de Titanio?

• Alta resistencia específica

La densidad es ~4,51 g/cm³, solo el 60% del acero. La del titanio puro es similar al acero ordinario, y algunas aleaciones de alta resistencia superan a muchos aceros estructurales. Por tanto, la resistencia específica (resistencia/densidad) es mucho mayor que otros materiales estructurales metálicos, permitiendo piezas con alta resistencia unitaria, buena rigidez y ligereza. Usadas en componentes de motores de aviones, esqueletos, revestimientos, sujetadores, tren de aterrizaje y componentes aeroespaciales.

• Alta resistencia térmica

Temperatura de trabajo varios cientos de grados superior a aleaciones de aluminio, manteniendo resistencia a temperaturas medias. Funciona largo tiempo a 450–500 °C, mientras la resistencia específica del aluminio cae drásticamente a 150 °C. Temperatura de trabajo del titanio hasta 500 °C; aluminio por debajo de 200 °C.

• Buena resistencia a la corrosión

En atmósfera húmeda y agua de mar, su resistencia supera al acero inoxidable; gran resistencia a corrosión por picaduras, ácidos y tensocorrosión; excelente resistencia a ácidos nítrico, sulfúrico, etc. Sin embargo, mala resistencia a medios reductores de oxígeno y sales de cromo.

• Buen comportamiento a baja temperatura

Mantienen propiedades mecánicas a bajas y ultra-bajas temperaturas. Aleaciones con elementos intersticiales muy bajos (TA7) conservan cierta plasticidad a -253 °C. Importante material estructural criogénico.

• Alta actividad química

El titanio reacciona fuertemente con O, N, H, CO, CO₂, vapor de agua, amoníaco, etc. Si carbono >0,2%, se forma TiC duro; a alta temperatura, se forma capa dura de TiN con N; >600 °C absorbe oxígeno formando capa endurecida; hidrógeno forma capa frágil. Capa dura/frágil por absorción de gas: 0,1–0,15 mm, endurecimiento 20–30%. Gran afinidad química, fácil adhesión por fricción.

• Baja conductividad térmica

Conductividad λ=15,24 W/(m·K): ~1/4 del níquel, 1/5 del hierro, 1/14 del aluminio. En aleaciones de titanio, ~50% menos que titanio puro. Módulo elástico ~1/2 del acero, rigidez pobre, fácil deformación, no apto para varillas esbeltas ni piezas de pared delgada.

Resumen

Según estas propiedades, el titanio tiene alta resistencia, dureza, resistencia al calor y baja conductividad térmica. El corte por hilo usa corrosión eléctrica: descarga de alta frecuencia entre hilo de molibdeno y pieza, fundiendo el metal instantáneamente.

El titanio es muy estable en aire a temperatura ambiente. Solo al calentarse a alta temperatura cambia de color, volviéndose azul. Al calentarse en aire, se oxida formando una densa película de óxido (Ti + O₂ → TiO₂, condición: alta temperatura, capa afectada por calor en los lados de la ranura). A baja temperatura la película es casi transparente; al subir temperatura, engrosa e interfiere con la luz, mostrando colores. El espesor de la película determina el color.