Aleación de Ti deformable en frío.

Procedimiento de tratamiento térmico para la fabricación de aleaciones de titanio (α

+ß) deformablesen frío, con las etapas:

- recocido de la aleación de titanio a una temperatura de recocido inferior que se encuentra entre 160º y 230º pordebajo de la temperatura de transición (transición ß),

- enfriamiento de la aleación de titanio a temperatura ambiente,

caracterizado por las siguientes etapas antes del recocido a la temperatura de recocido inferior:

- recocido de la aleación de titanio a una temperatura de recocido superior que se encuentra 50º a 100º por debajode la temperatura de transición (transición ß),

- enfriamiento de la aleación de titanio a la temperatura de recocido inferior.

Aleación de Ti deformable en frío.

La invención se refiere a un procedimiento de tratamiento térmico para la fabricación de aleaciones de titanio (a+f) deformables en frío. La invención se refiere además al uso de aleaciones de titanio (a+f) tratadas en caliente para la fabricación de componentes a partir de la aleación de titanio mediante deformación en frío.

El uso de componentes de aleaciones de titanio es cada vez más atractivo en los más variados sectores de la técnica. El motivo de este atractivo es especialmente la baja densidad específica de las aleaciones de titanio con al mismo tiempo valores de resistencia altos y la baja sensibilidad a la corrosión de las aleaciones de titanio.

Las aleaciones de titanio pueden clasificarse en principio según las fases presentes a temperatura ambiente en las llamadas aleaciones de titanio a, a+f y f. El titanio puro se encuentra a temperatura ambiente en la fase a (estructura hexagonal) y a aproximadamente 890ºC (transición f) se transforma en una fase f cúbica centrada en el espacio. La temperatura de transición de las aleaciones de titanio se influye por el tipo y la cantidad de proporciones de aleación y además puede influirse por un pretratamiento mecánico, químico o térmico de la aleación de titanio.

Mediante la adición de determinados elementos de aleación, la fase a puede estabilizarse durante un intervalo de temperatura más amplio (elevación de la temperatura de transición f) . La adición de otros elementos de aleación genera y estabiliza la fase f (reducción de la temperatura de transición f) . Por tanto, los elementos de aleación pueden clasificarse en los llamados estabilizadores de a y estabilizadores de f. Los estabilizadores de a técnicamente usados son, por ejemplo, oxígeno, nitrógeno, carbono o aluminio. Los estabilizadores de f técnicamente usados hoy en día son, por ejemplo, hidrógeno, vanadio, molibdeno, hierro, cromo, cobre, paladio o silicio.

Las aleaciones con una alta proporción de fase a presentan regularmente valores de resistencia más bajos que las aleaciones con una alta proporción de fase f. La densidad específica de las aleaciones de titanio con alta proporción de f es regularmente mayor que la densidad específica de aquellas aleaciones de titanio con alta proporción de fase

a. Debido al gran número de planos de deslizamiento de la red cúbica del titanio f, la fase f es mejor deformable en frío que la fase a. Las aleaciones técnicamente usadas representan generalmente un compromiso en el que la proporción de fase a y fase f se ajusta mediante adición a la aleación de los correspondientes estabilizadores de a y f como requieren, por ejemplo, las propiedades de fabricación deseadas, valores de resistencia y propiedades de corrosión del componente.

Un problema todavía sin resolver en la fabricación de componentes a partir de aleaciones de titanio es la pequeña variedad de procedimientos de fabricación puestos a disposición en comparación con otros materiales metálicos o plásticos. Las aleaciones de titanio solo pueden soldarse y deformarse en caliente regularmente con gran esfuerzo. Las aleaciones de titanio técnicamente comunes solo pueden deformarse en frío a pequeña escala. Por deformabilidad en frío se entiende la capacidad de un material para deformarse a temperatura ambiente sin que mediante esta deformación se realice un perjuicio considerable de la resistencia o una formación de fisuras.

El procesamiento por soldadura, la deformación en caliente y la deformación en frío influyen además en una medida considerable en los valores de resistencia de los componentes así fabricados, de manera que los componentes sometidos a grandes esfuerzos o componentes en el intervalo relevante para la seguridad solo pueden procesarse limitadamente de esa forma. Por tanto, en la fabricación de componentes de titanio a gran escala se recurre a la costosa fabricación mediante procesamiento de mecanizado por arranque de virutas. Por tanto, los componentes de las aleaciones de titanio han encontrado actualmente aplicación casi exclusivamente en productos de alto precio, así, por ejemplo, en el sector de la aeronáutica, especialmente de la aeronáutica militar y en el sector de la técnica médica.

Por el documento RU 2211873 se conoce una aleación de titanio que contiene 1, 5-3, 0% en peso de aluminio (todos los datos en % deben entenderse a continuación como datos de % en peso) , 4, 5-8, 0% de molibdeno, 1, 0-3, 5% de vanadio, 1, 5-3, 8% de hierro. Después del tratamiento térmico, esta aleación, que se ha fabricado basándose en elementos de aleación relativamente rentables, puede alcanzar una relación determinada de resistencia y propiedades dúctiles y usarse para la fabricación de algunos tipos de elementos de refuerzo y resortes. La desventaja principal de esta aleación radica en el costoso tratamiento térmico que es necesario para alcanzar estas propiedades.

Por el documento RU 1584408 se conoce una aleación de titanio que contiene 1, 2-3, 8% de aluminio, 5, 1-6, 5% de molibdeno, 4, 0-6, 5% de vanadio, 0, 01-0, 05% de silicio, 0, 005-0, 015% de hidrógeno. Esta aleación tiene concretamente una elevada ductilidad durante la deformación de varias etapas y se usa para la fabricación de remaches. Sin embargo, esta aleación no tiene propiedades de resistencia suficientemente altas para componentes sometidos a grandes esfuerzos.

Por el documento US 4.842.652 se conoce un procedimiento de un tratamiento térmico de aleación de titanio (a+f) (Ti-6426) que está constituido por forja en caliente a una temperatura superior a la transición f, tratamiento de los cristales mixtos de la aleación de forja por debajo de la transición f pero en el transcurso la transición f menos 50ºC durante de una a cuatro horas, enfriamiento en agua a temperatura ambiente o transferencia a un baño de sales con una temperatura de 100-1400ºF (204-760ºC) y templado y revenido (tratamiento de precipitaciones) a una temperatura de 1100-1200ºF (593-650ºC) durante de dos a 16 horas. Un tratamiento térmico de este tipo permite concretamente la elevación de la resistencia a la rotura y la baja resistencia a las oscilaciones de las aleaciones de titanio (a+f) , pero al mismo tiempo la aleación pierde la deformabilidad plástica a temperatura ambiente.

Por el artículo L.X. Lee y col. “Flow stress behaviour and deformation characteristics of Ti-3AI-5V-5Mo compressed at elevated temperatures” materials and design, tomo 23, 2002, pág. 451-457, XP002413477, se conoce una aleación de titanio Ti-3AI-5V-5Mo. La aleación se somete a un ensayo de presión en un intervalo de temperatura de 700 -1000ºC y una tasa de alargamiento de 0, 05 -15/s. La temperatura de transición f para la aleación asciende a aproximadamente 860ºC. A partir de la aleación se fabricaron varillas laminadas en caliente y se tornearon a 10 mm de diámetro.

Por M.J. Donachie: “Titanium -technical guide” 2000, ASM International. Materials Park, Ohio, XP002413485, se conoce incluir por aleación del 2 al 6% en peso de estaño como estabilizador de a y del 2 al 8% en peso de circonio como solidificador de a y f en aleaciones de titanio.

Por Y. Combres, J. J. Blandin: “Comparison of the f-CEZ and Ti-64 superlastic properties”, Titanium '95: Science and Technology, 1996, pág. 864-871, XP002413478, editores P.A. Blankinsop, W.J. Evans, H.M. Flower, se conoce una aleación de titanio f de titanio con 5, 05% de Al, 1, 98% de Sn, 4, 07% de Zr, 4, 03% de Mo, 2, 18% de Cr, 1% de Fe y una aleación de titanio con 4, 9% de Al, 2% de Sn, 4, 37% de Zr, 3, 99% de Mo, 2% de Cr, 0, 93% de Fe y pequeñas proporciones de O, C, H, N. La temperatura de transición f asciende a aproximadamente 890ºC.

Finalmente, por el documento US 5.697.183 se conoce un procedimiento de tratamiento térmico de la aleación de titanio (a+f) que comprende un procesamiento en caliente en la región de fases (a+f) con una tasa de deformación de no menos del 30%, a continuación procesamiento en un intervalo de temperatura de la transición f menos 55ºC a la transición f menos 10ºC durante 60 minutos y enfriamiento con aire y posterior tratamiento térmico de la aleación de titanio enfriada con aire en un intervalo de temperatura de la transición f menos 250ºC a la transición f menos 120ºC durante 60 minutos y enfriamiento con aire. Un procedimiento de este tipo de un tratamiento en caliente permite concretamente a su vez la elevación de la resistencia a la rotura sin empeorar decisivamente... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de tratamiento térmico para la fabricación de aleaciones de titanio (a+f) deformables en frío, con las etapas:

- recocido de la aleación de titanio a una temperatura de recocido inferior que se encuentra entre 160º y 230º por debajo de la temperatura de transición (transición f) ,

- enfriamiento de la aleación de titanio a temperatura ambiente,

caracterizado por las siguientes etapas antes del recocido a la temperatura de recocido inferior:

- recocido de la aleación de titanio a una temperatura de recocido superior que se encuentra 50º a 100º por debajo de la temperatura de transición (transición f) ,

- enfriamiento de la aleación de titanio a la temperatura de recocido inferior.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura de recocido superior se encuentra de 60º a 100º por debajo de la temperatura de transición (transición f) .

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque la aleación de titanio se recuece a la temperatura de recocido superior durante más de una hora, especialmente durante dos horas.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado porque la aleación de titanio se recuece a la temperatura de recocido inferior durante más de tres horas, especialmente durante tres a seis, preferiblemente durante cuatro horas.

5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque la aleación de titanio se enfría de la temperatura de recocido superior al aire a una tasa de enfriamiento de 0, 01 -0, 02ºC/min a la temperatura de recocido inferior.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque la temperatura de recocido superior asciende .

77. 830ºC, especialmente a 800ºC.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aleación de titanio se enfría de la temperatura de recocido inferior al aire a una tasa de enfriamiento de 2, 5º a 3, 5ºC/min [“Enfriamiento en aire”, de “Air Cooling”] a la temperatura ambiente.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aleación de titanio se procesa antes del tratamiento térmico mediante un procedimiento de laminado en caliente.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la temperatura de recocido inferior asciende .

67. 730ºC, especialmente a 700ºC.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la aleación de titanio está aleada con al menos un estabilizador de a y al menos un estabilizador de f.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la aleación de titanio presenta

- 2 -4, 0% en peso de aluminio, -4 -5, 5% en peso de vanadio, -4, 5 -6, 0% en peso de molibdeno -0, 5 -1, 5% en peso de circonio y -0, 5 -1, 5% en peso de estaño, -el resto titanio e impurezas.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque después del recocido a la temperatura de recocido inferior y/o después del recocido a la temperatura de recocido superior una capa superficial de la aleación de titanio se elimina mecánicamente, especialmente por mecanizado por arranque de virutas.

13. Uso de una aleación de titanio (a+f) tratada en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1 12 para la fabricación de componentes de titanio mediante deformación en frío.

14. Uso según la reivindicación 13 para la fabricación de tornillos de titanio mediante recalcado en frío y/o laminado de roscas.

15. Procedimiento para la fabricación de tornillos de titanio que comprende:

- fabricación de un material redondo mediante laminado en caliente, -tratamiento en caliente del material redondo según un procedimiento según una de las reivindicaciones 1-12.

5. moldeo de la cabeza del tornillo mediante recalcado en frío y -moldeo de la rosca mediante laminado de roscas.

16. Procedimiento según la reivindicación 15 que comprende.

10. moldeo de la rosca mediante laminado de roscas.