Aleaciones de titanio para fundición a la cera perdida: Tipos, beneficios y aplicaciones

Aunque ligero y fuerte, el titanio es difícil de mecanizar, soldar y conformar. Eso hace que la fundición a la cera perdida sea la mejor forma de producir piezas en este metal.

En esta publicación explicaremos:

• Por qué el titanio es a menudo el material preferido para piezas en entornos exigentes
• Qué lo distingue de otros metales
• Por qué debería fundirse a la cera perdida
• Aleaciones de titanio para fundición a la cera perdida

Fuerte, ligero y resistente a la corrosión

Aunque el titanio fue descubierto en el siglo XVIII, un alto punto de fusión (3.020 °F o 1.660 °C) y una tendencia a reaccionar con el oxígeno dificultaban su procesamiento. Solo en los años 60 comenzó a usarse en las aplicaciones aeroespaciales más desafiantes.

A la industria aeroespacial le gusta el titanio porque es solo un poco más pesado que el aluminio pero más del doble de fuerte. También resiste el agrietamiento y la fatiga y exhibe muy poco fluencia (creep), todo lo cual lo hace ideal para componentes de estructura aérea.

Dos otras características notables son la resistencia a la corrosión y la biocompatibilidad. Una capa de óxido auto-reparable en la superficie, que se comporta como la del aluminio, ayuda a resistir el ataque por agua de mar y la mayoría de los productos químicos (aunque no ácidos fuertes). Esto lo convierte en el metal preferido para uso en plantas desalinizadoras y especialmente en intercambiadores de calor de desalinización.

Además, la biocompatibilidad significa que es un metal que puede implantarse en humanos sin efectos adversos.

Desafíos del titanio

Además del alto punto de fusión, el titanio es difícil de trabajar porque reacciona fácilmente con el oxígeno y es difícil de mecanizar.

La reactividad se aborda fundiendo y vertiendo bajo vacío. Sin embargo, la soldadura es un problema significativo ya que es muy difícil excluir el aire completamente.

Los desafíos de mecanizabilidad provienen de la naturaleza "pegajosa" (gummy) del metal. En lugar de deslizarse suavemente sobre la herramienta de corte, tiende a adherirse. Esto causa galling (adherencia por fricción) que acorta dramáticamente la vida de la herramienta.

Fundición a la cera perdida: La mejor forma de conformar componentes de titanio

La fundición a la cera perdida es un proceso de forma casi neta (near-net shape) que puede realizarse bajo vacío. Esto evita reacciones con el oxígeno, elimina la necesidad de soldadura y minimiza el mecanizado.

La fundición a la cera perdida comienza con una réplica de cera de la pieza a fundir. La cera se recubre con una lechada cerámica que se seca formando una cubierta dura. La cera se funde luego, dejando una cavidad en la que se vierte titanio fundido bajo vacío. Una vez solidificado, la cubierta se rompe para revelar la pieza fundida.

El proceso de fundición a la cera perdida es capaz de alta precisión geométrica y reproduce fielmente detalles finos de superficie. Rebajes, paredes delgadas y características hundidas son posibles y los excesos de mecanizado pueden ser muy pequeños. Esta capacidad para producir formas complejas evita la necesidad de soldar piezas más pequeñas entre sí.

Aleaciones de titanio para fundición a la cera perdida

El titanio está disponible en una serie de grados comercialmente puros y cuatro tipos principales de aleación. La aleación, principalmente con aluminio, molibdeno, vanadio y niobio, se realiza para mejorar la resistencia a la corrosión, a la fluencia y la soldabilidad.

Las cuatro aleaciones son:

• 6AL-4V
• 6AL-4V ELI
• 3AL 2.5
• 5AL-2.5Sn

De estas, 6AL-4V es la más ampliamente fundida. Además de su extenso uso en aeroespacial, la resistencia a la corrosión por agua de mar la hace favorita para ejes de hélices marinas e intercambiadores de calor de desalinización.

6AL-4V ELI se considera aleación de titanio de grado quirúrgico ya que tiene biocompatibilidad excepcionalmente buena junto con resistencia a la fatiga.

3AL 2.5 es el grado de titanio más soldable. También es muy resistente a la corrosión y a menudo se elige para piezas usadas en procesos químicos de alta temperatura como intercambiadores de calor.

Las aplicaciones de estructura aérea requieren muy alta resistencia a la fluencia, donde 5AL-2.5Sn destaca. Una alta relación resistencia-peso es otra razón para usar titanio.

Fundición a la cera perdida de titanio desde Impro

El titanio ofrece una serie de ventajas sobre otros metales pero es difícil de mecanizar, soldar y conformar. La mejor forma de producir piezas en titanio es la fundición a la cera perdida, que produce geometrías precisas, de forma casi neta, con paredes delgadas y detalle fino.

Los grados comercialmente puros se usan para algunas aplicaciones pero es más común usar titanio aleado con aluminio y otros elementos. Dependiendo de la composición exacta, esto mejora el comportamiento de fundición y la resistencia a la fluencia y corrosión.

La mayoría de las piezas de titanio se funden de la aleación 6AL-4V pero en algunas aplicaciones otras aleaciones pueden funcionar mejor. Como una de las empresas líderes en fundición a la cera perdida, Impro puede asesorar sobre qué aleación se adapta mejor a las necesidades de sus productos. Contáctenos para saber más.