Tabla de contenido
1.0 ¿Qué es el titanio?
1.1 Descripción general:
Fuerte, ligero y altamente resistente a la corrosión.
Durable y adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
1.2 Titanio puro:
Contiene impurezas mínimas (menos de 0,11 TP3T), lo que lo hace de baja resistencia pero muy flexible.
1.3 Aleaciones de titanio:
Creado mediante la adición de otros metales, fue desarrollado hace unos 60-70 años.
2.0 ¿Qué es el acero inoxidable?
2.1 Descripción general:
Una aleación de hierro, cromo y otros metales.
Conocido por su resistencia, durabilidad y excelente resistencia a la corrosión.
2.2 El papel del cromo:
Forma una capa protectora que evita la oxidación.
2.3 Grados y variedades:
Disponible en diferentes grados según la estructura: austenítico, ferrítico y martensítico.
3.0 Propiedades comparativas del acero inoxidable y el titanio
| Propiedad | Acero inoxidable | Titanio |
| Composición | Hierro, Carbono, Cromo, Níquel, Manganeso, etc. | Comercialmente puro o aleado con aluminio, vanadio, etc. |
| Tipos | Ferrítico, martensítico, austenítico, dúplex, endurecimiento por precipitación | Grados CP 1-2, Grados CP 3-4, Ti 6Al-4V (Grado 5) |
| Resistencia a la corrosión | Excelente (varía según el grado) | Excelente, especialmente en ambientes de cloruro. |
| Propiedades magnéticas | Los grados ferríticos son magnéticos. | No magnético |
| Costo | Económico, especialmente en comparación con el titanio y la fibra de carbono. | Alto debido a la complejidad de la producción. |
| Maquinabilidad | Bueno (por ejemplo, el tipo 303 es de mecanizado libre) | En general bueno, pero más difícil de mecanizar que el acero inoxidable. |
| Soldabilidad | Excelente para soldadura por arco (TIG, MIG, MMA, SA) | Bueno, pero puede requerir técnicas especializadas. |
| Resistencia al calor | Alta (por ejemplo, 304 hasta 1600 °F, 310 hasta 1895 °F) | Alto (Ti 6Al-4V tiene un buen rendimiento a temperaturas elevadas) |
| Peso | Pesado (aprox. 8 g/cm³) | Más ligero (aprox. 4,5 g/cm³) |
| Fortaleza | Varía según el grado, generalmente fuerte. | Muy fuerte, especialmente en aleaciones como Ti 6Al-4V |
| Densidad | Alta densidad (3 veces más que el aluminio) | Menor densidad que el acero inoxidable. |
| Rentabilidad | Generalmente rentable para la resistencia a la corrosión. | Más caro que el acero inoxidable |
| Resistencia al cloruro | Susceptible a picaduras en ambientes de cloruro. | Excelente resistencia, especialmente en agua de mar. |
| Aplicaciones | Servicios de alimentación, herramientas médicas, aeroespacial, automoción | Aplicaciones aeroespaciales, marinas y de alto rendimiento |
4.0 ¿Cómo utilizar acero inoxidable y titanio en el mecanizado?
Al mecanizar acero inoxidable y titanio, es necesario tener en cuenta consideraciones específicas debido a sus propiedades únicas. A continuación, se muestra una comparación de los factores clave para mecanizar cada material:
| Característica | Titanio | Acero inoxidable | Comentario |
| Precio | ❌ | ✔️ | El SS es varias veces menos costoso |
| Peso | ✔️ | ❌ | Ti es 40% el peso para una resistencia igual |
| Resistencia a la tracción/límite elástico | ✔️ | ✔️ | Casi equivalente, depende del grado |
| Durabilidad | ❌ | ✔️ | El acero inoxidable tiene mejor resistencia a los impactos y a los arañazos. |
| Composición | ✔️ | ✔️ | Amplia gama de calidades disponibles |
| Resistencia a la corrosión | ✔️ | ❌ | El claro ganador: el titanio tiene una resistencia superior a la corrosión |
| Dureza | ❌ | ✔️ | En general SS, pero depende del grado. |
| Resistencia química | ✔️ | ❌ | A temperaturas normales, Ti tiene la ventaja |
| Resistencia a la temperatura | ❌ | ✔️ | SS hasta 2000 °F, Ti hasta 1500 °F |
A continuación se presenta una comparación detallada entre la placa de acero inoxidable y el titanio, destacando aspectos clave como la composición, las propiedades mecánicas, el costo y las aplicaciones.
| Material | Placa de acero inoxidable | Titanio |
| Composición | Principalmente hierro, cromo (10.5%+), níquel, molibdeno y carbono según el grado (por ejemplo, 304, 316) | Elemento metálico aleado con aluminio, vanadio, etc. (p. ej., Ti-6Al-4V, Grado 2) |
| Resistencia a la corrosión | Buena resistencia, mejorada con grados como el 316 para entornos severos. | Excelente resistencia, especialmente en entornos hostiles como agua de mar y soluciones ácidas. |
| Resistencia y durabilidad | Alta resistencia a la tracción, durable en aplicaciones estructurales, pero varía según el grado. | Relación resistencia-peso excepcional, mayor resistencia en relación con el peso, adecuado para aplicaciones de alto rendimiento. |
| Peso | Relativamente pesado en comparación con el titanio. | Mucho más ligero, ideal para aplicaciones sensibles al peso como la aeroespacial. |
| Costo | ₹250-₹500 por kg dependiendo del grado | Entre 3000 y 6000 rupias por kg, lo que refleja los altos costos de extracción y procesamiento |
| Resistencia a la tracción | 520 MPa (304) a 1300 MPa (316) | 880 MPa a 1200 MPa (p. ej., Ti-6Al-4V) |
| Dureza | Moderado, varía según la aleación y el tratamiento térmico. | Mayor dureza que el acero inoxidable, mejor resistencia al desgaste. |
| Ductilidad | Bueno, adecuado para conformar y soldar. | Menos dúctil pero conserva una buena maleabilidad, algunas aleaciones pueden ser frágiles. |
| Aplicaciones | Construcción, equipamiento industrial, bienes de consumo, industria alimentaria y de bebidas | Aeroespacial, marina, implantes médicos, automoción de alto rendimiento |
| Ventajas | Rentable, versátil, buena resistencia a la corrosión para la mayoría de usos, fácil de soldar. | Ligero, alta relación resistencia-peso, excelente resistencia a la corrosión, adecuado para entornos hostiles. |
| Desventajas | Más pesado que el titanio, es posible que no funcione bien en condiciones o corrosión extremas. | Caro, más difícil de mecanizar y soldar, puede ser frágil en algunas formas y condiciones. |
5.0 Comparación de resistencia: titanio y acero inoxidable
5.1 Resistencia a la tracción
- Aleaciones de titanio: 345–1380 MPa (50 000–200 000 psi), según la aleación y el tratamiento.
- Aceros inoxidables: Varían según la estructura cristalina y el procesamiento, con un amplio rango de resistencia.
5.2 Propiedades del material
- Estructura cristalina: el titanio tiene una estructura compacta hexagonal (HCP), lo que limita los planos de deslizamiento y aumenta la resistencia, al tiempo que reduce la ductilidad. El acero inoxidable presenta diversas estructuras (FCC, BCC, BCT) que afectan la resistencia y la maleabilidad.
- Control del tamaño del grano: Ambos materiales se benefician del tratamiento térmico y el enfriamiento controlado para mejorar las propiedades.
- Aleación: El titanio se puede utilizar en forma nativa o aleada, mientras que el acero inoxidable está intrínsecamente aleado con elementos como cromo, níquel y molibdeno.
5.3 Rendimiento térmico
- El titanio conserva su resistencia a altas temperaturas (hasta 550 °C) y se mejora aún más con una aleación de aluminio.
- El acero inoxidable y las aleaciones de titanio se pueden tratar térmicamente para mejorar sus propiedades.
5.4 Superaleaciones de alta temperatura
Las estructuras monocristalinas en aleaciones especializadas proporcionan una tolerancia al calor excepcional y suelen utilizarse en entornos extremos.
La siguiente tabla compara las propiedades de resistencia del acero y el titanio, centrándose en características clave como la densidad, la resistencia a la tracción, la rigidez, la deformación por fractura y la dureza.
| Propiedad | Acero | Titanio |
| Densidad | 7,8–8 g/cm³ | 4,51 g/cm³ |
| Resistencia a la fluencia por tracción | 350 megapascales | 140 megapascales |
| Rigidez | 200 gigapascales | 116 gigapascales |
| Distensión por fractura | 15% | 54% |
| Dureza (escala Brinell) | 121 | 70 |
6.0 Elementos de aleación y su influencia en el peso
- Las aleaciones de titanio incluyen una gama de agentes de aleación:
- El aluminio en las aleaciones de titanio contribuye a reducir el peso sin una pérdida excesiva de resistencia.
- El vanadio mejora las propiedades mecánicas de la aleación.
- A menudo se añade hierro para mejorar la soldabilidad.
- El titanio se incluye en algunas aleaciones de acero inoxidable para mejorar la resistencia a la corrosión.
6.1 Conductividad térmica y resistencia a la corrosión
Tanto el acero inoxidable como el titanio tienen una conductividad térmica deficiente. La conductividad del titanio disminuye a medida que aumenta la temperatura, mientras que el acero inoxidable presenta una conductividad baja que aumenta ligeramente a temperaturas más altas.
6.2 Titanio vs. acero inoxidable: capas de óxido y sus efectos
- Titanio:Forma una capa de dióxido de titanio (TiO₂) autorreparadora, que proporciona excelente resistencia química y biocompatibilidad.
- Acero inoxidable:Desarrolla una película de óxido de cromo (Cr₂O₃), que ofrece resistencia a la corrosión y propiedades autorreparadoras en entornos ricos en oxígeno.
6.3 Usos y aplicaciones del titanio
El titanio y sus aleaciones se utilizan ampliamente en industrias de alto valor y productos de consumo especializados donde el costo es secundario respecto del rendimiento. La naturaleza no tóxica, liviana y biocompatible del titanio extiende su versatilidad a aplicaciones donde la durabilidad y la confiabilidad son primordiales.
- Aeroespacial: Su alta resistencia, bajo peso y resistencia a la corrosión y a las altas temperaturas hacen que el titanio sea ideal para motores a reacción, fuselajes, naves espaciales y satélites.
- Médico: Su biocompatibilidad permite su uso en implantes (articulares, dentales), prótesis y herramientas quirúrgicas, ofreciendo durabilidad y seguridad para el contacto tisular a largo plazo.
- Procesamiento químico: Su excepcional resistencia a la corrosión en entornos químicos agresivos lo hace adecuado para intercambiadores de calor, válvulas y reactores.
- Militar: Su resistencia, durabilidad y resistencia a la corrosión garantizan su uso en vehículos blindados, equipos navales y aeronaves.
- Equipo deportivo: Una alta relación resistencia-peso beneficia a las bicicletas, palos de golf y raquetas, ofreciendo tanto rendimiento como atractivo de lujo.
- Automotor: Los componentes livianos y resistentes a la corrosión, como los sistemas de escape y las piezas de suspensión, mejoran los vehículos de alto rendimiento.
- Petróleo y gas: Su resiliencia en ambientes marinos y fluidos corrosivos lo hace adecuado para plataformas y equipos offshore.
- Desalinización: La resistencia al cloruro hace que el titanio sea esencial en aplicaciones de manipulación de agua salada.
- Procesamiento de alimentos: La no toxicidad garantiza un uso seguro en equipos sensibles a la contaminación.
Referencias: https://jiga.io/articles/titanium-vs-stainless-steel/
