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Titanio y sus
aleaciones
Superaleaciones
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Titanio y sus aleaciones TITANIO:
- obtenido a partir de rutilo (mineral de xido de titanio).
- metal empleo reciente, Tfusin !""#$%& ',*cm+&
- estados alotrpicos: TA fase : %& T##$ fase : %%&
- /E, / Rm (aceros de alta resistencia), (0*) /
- biocompatible, alta resistencia a la corrosin A12A%ION23:
- muy dctiles, f4cilmente for5ables y mecani6ables
- carburo*nitruro con7eren alta dureza
- muc8os elementos de aleacin (se9n fase o ) A1I%A%ION23:
- aerona9tica y espacial, e;uipos marinos
- prtesis, stents
- 8erramientas de alta
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A12A%ION23:- %, N, O, Al, 3n , =e, %r, >o, ?@
- estabili6an fase (Al), (>o, ?), + (%u, 3i, =e, %r, >n)
Ti :%. eformacin en frBo y ss (Al, 3i, Sn,?,Cr) 4labes decompresores de motores de a
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Titanio y sus aleaciones
Aleacin Ti-10V-2Fe-3Al:
- Buena resistencia mecnica y tenacidad+ R corrosin
- !ima "or#a$ili%a% en caliente
Tren %e aterri&a#e en a'iones su$stituyen%o a los aceros
(ropie%a%es:
- tratamientos t)rmicos Rm12*0 pa *00,.
- re%uccin peso
- R a corrosin
uelles:T/ t)rmicos Rm100 (a
Fa$ricacin %e rotores para elicpteros:
su$stituyen%o Ti-A-V
incrementan%o car4a 350-**5* 64
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Otras aleaciones lieras
omparati'aMg Al Ti Fe
(g/cm3
) 1/7 2/7 /* 7/5E (GPa) * 70 120 210
E/ 2*/8 2 2 27
T fusin (C) *0 0 170 1*38
Estructura (25C) cp ccc cp cc
Prduccin !r a" (Tm) *!10* 2!107 *!10* 5!105
Cste energ#a (M$%Tm&') 70 130 1*
Cste relati 7/* 3/7 8 1
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3uperaleaciones
9ciencia %e "uentes %e ener4;a con'encionales
Temperatura %e tra$a#o motores t)rmicos 9S
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3uperaleaciones
S?(9RA9A@>: ?na aleacin ue e!i$e una resistenciamecnica e!celente a alta temperaturaC #unto con $uena
esta$ili%a% supercial y resistencia a la corrosin y o!i%acin aaltas temperaturas/
9ciencia %e "uentes %e ener4;a con'encionales
Temperatura %e tra$a#o motores t)rmicos 9S
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3uperaleaciones
9n al4unos casos: ase Ti*Slo asta *0,
A!licacines a alta TTD*00,
Tur$orreactor 1100,
+ecesidades,R a alta TC R "ati4a y corrosin
RmC R termoEuencia
+-E.A A0EAC1+EFeC oC >iC rC AlC Ti
ase Fe&+i
ino! austen;tico +otros oC C VC uC
oG.T : 00-500,
ase +i
>i: *0-50HRo!i%acinT asta 1000,
@nconelC >imonic
ase C=ri4en en acero
erramientasT asta 11*0,
con Rm
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3uperaleaciones
99VA@AC 4racias a:
- Solucin sli%a
I A%iciones rC oC y J a%iciones TaC >$C B
- precipitacin
a. part;culas nas y esta$les %e car$uros: Ti C BG
$. superaleaciones >i y >i-Fe con Al y Ti: precipita%o %e >i3Al o >i3Ti/
- 9S:- 7*H: tur$inas %e 4as
- Resto: reactores u;micosC nuclearesC 4enera%oresC euipos
petrou;micosC prensas e!trusinG
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3uperaleaciones de Ni2lem.
D =uncin
Ni E 2lemento base
%o !F 2ndurecimiento porsolucin slida.
0esistencia a latermoGuencia
H !F
%r E 0esistencia a laoxidacin
Al , 2ndurecimiento porprecipitados.
0esistencia a latermoGuencia
Ti !,
f !, 2ndurecimiento enfronteras de rano% F,!
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3uperaleaciones de Ni
(rocesos %e en%urecimiento:9n%urecimiento por solucin sli%a/
9n%urecimiento por la presencia %e TaC LrC >$ y B9n%urecimiento por %ispersin %e car$uros/
(eueMas canti%a%es %e "ormaTi%, %, Cr%, Ta%
9n%urecimiento por precipitacin inclusiones./ ompuestos intermetlicos >i3AlC >i3TiC >i3AlTi.
+imnic 4 (*3H>iC 20HrC 15HoC 2/*HTiC 1/*HAlC1/*HFe.
(rincipalmente utili&a%a por su resistencia a la Euencia creep.C sualta tenaci%a% y esta$ili%a% a temperaturas ele'a%as/ 9s laaleacin $sica para los motores a reaccin/
1ncnel 7H >iC 1H rC 5H Fe.
Resiste la "ati4a t)rmica sin acerse "r4il/ Se utili&a en
escapes y calenta%ores %e motores %e a'in
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3uperaleaciones de Ni
(rocesa%o:nB;uel
fusin
=ase 6fundida Aleantes%romoAluminio
TitanioCirconio
@
enfriamiento
=ase 6J inclusiones de 6 K(+)
=ase 6(!)
enfriamientor4pido (;uenc8)()
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3uperaleaciones de Niicroestructura en %os "ases:o Fase 6, solucin sli%a matri&. con precipita%os muy noso Fase 67, %ispersin %e precipita%os or%ena%os intermetlicos: >i3AlC
>i3Ti o >i3AlTi./o responsa$le %e la 4ran resistencia %e las superaleaciones
+apa protectora 4ruesa %e r2=3en la supercie
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3uperaleaciones de Niicroestructura en %os "ases:o Fase 6, solucin sli%a matri&. con precipita%os muy noso Fase 67, %ispersin %e precipita%os or%ena%os intermetlicos: >i3AlC
>i3Ti o >i3AlTi./o responsa$le %e la 4ran resistencia %e las superaleaciones
+apa protectora 4ruesa %e r2=3en la supercie
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3uperaleaciones de Ni
Aplicaciones:o tur$inas %e 4as la$es.o tur$orreactores %e a'ino to$eras y cmaras %e com$ustin
as superaleaciones %e n;uel presentan un $uen comportamiento astalos 1000, apro!ima%amente/ (ara temperaturas mayores se suelenemplear superaleaciones %e co$alto/
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3uperaleaciones de Ni
Fa$ricacin %e ala$es %e tur$ina:
olicristalino Lranos >onocristalino (con
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3uperaleaciones de Ni
Fa$ricacin %e ala$es %e tur$ina:
1a fabricacin pormoldeo enera ranos7nos pero ;ue pueden
Guir y terminar porenerar ca
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3uperaleaciones de Ni
9"ecto Superplstico:e!perimentar %e"ormaciones %e sulon4itu% inicial %el or%en %el mil por ciento sin romperse
anar muco el tamaMo %e 4rano: los 4ranos muypeueMos se %e"orman lentamente y %esli&an unosrespecto a otros sin per%er coesin/
Fabricado mediante solidifcacin rpida: 8asta un milln de $%*s
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3uperaleaciones de Ni
9"ecto Superplstico:e!perimentar %e"ormaciones %e sulon4itu% inicial %el or%en %el mil por ciento sin romperse
anar muco el tamaMo %e 4rano: los 4ranos muypeueMos se %e"orman lentamente y %esli&an unosrespecto a otros sin per%er coesin/
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EJERCC!S "#R!$%E&AS
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25ercicio
Mn elemento estructural de un percutor deF mm de lonitud debe soportarFFFFN sin deformarse pl4sticamente, y
tener un peso mBnimo. 2li5a el materialm4s apropiado:Aleacin 1Bmite el4stico
(>a)ensidad(*cm+)
1atn +' #.
Acero "EF .EAluminio .
Titanio '#F '.
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3olucin
Aleacin 'rea (mm)* &,ol-densidad (.*
1atn !' +F#
Acero . !'+
Aluminio !# !
Titanio !F' !!
max
P
FA
=
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25ercicio
2li5a de la lista un material para cadaaplicacin:Acero al
carbono
1atn
=undicin ris
Acero inoxidable
Aleacin detitanio
latino>anesio
Cinc
Acero de altaresistencia
Aluminio
ase de una prensa8idr4ulica
ared de un enerador de
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3olucin
2li5a de la lista un material para cada aplicacin:
Acero alcarbono
1atn
=undicin ris
Acero inoxidable
Aleacin detitanio
latino>anesio
Cinc
Acero de altaresistencia
Aluminio
ase de una prensa8idr4ulica
ared de un enerador de
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reuntas
Ppor ;u con
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25ercicios As8by !R
!. Identi7ca materiales con: >dulo de Soun
ensidad
. Identi7ca metales m4s rBidos ymenos densos ;ue los aceros
(maximi6ar 2*)
50E GPa>32000 kg m = =
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25ercicios As8by2F La
0 >*m+
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25ercicios As8by
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25ercicio As8by +
1ocali6a materiales con 2!F Lpa y>!FFF >a
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Acero ordinario de altocontenido en carbono/escripcin&aterial
1os aceros altos en carbono(F,-!,D de carbono) seendurecen cuando por temple(una cualidad ;ue permite unalto control sobre suspropiedades). 1os aceros al
carbono con alto carbonoad;uieren la dure6a su7cientepara ser usados como8erramientas de corte, cincelesy cables como Ucuerda depianoU (las cuerdas met4licas
de pianos y
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25ercicio As8by '
Identi7;ue materiales ;ue tenan 2 !FF Lpa y 91N3NW F.FF+ (La)!*+*(X*m+)
ay ;ue tener en cuenta ;ue 91N3OKrepresentado en escala lo-lo ;ueda:
ara seleccionar un punto de la recta:
si !, 2
log 3log 3logE k = +
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'%