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Aluminuro de titanio

El aluminuro de titanio (fórmula química TiAl ), comúnmente titanio gamma , es un compuesto químico intermetálico . Es ligero y resistente a la oxidación [1] y al calor, pero tiene baja ductilidad . La densidad de γ-TiAl es de aproximadamente 4,0 g/cm 3 . Se utiliza en varias aplicaciones, incluidas aeronaves, motores a reacción, equipos deportivos y automóviles. [ cita requerida ] El desarrollo de aleaciones basadas en TiAl comenzó alrededor de 1970. Las aleaciones se han utilizado en estas aplicaciones solo desde aproximadamente el año 2000.

El aluminuro de titanio tiene tres compuestos intermetálicos principales: aluminuro de titanio gamma ( gamma TiAl , γ-TiAl ), alfa 2-Ti 3 Al y TiAl 3 . Entre los tres, el gamma TiAl ha recibido el mayor interés y aplicaciones.

Aplicaciones del gamma-TiAl

Figuras polares que muestran la textura cristalográfica de gamma-TiAl en una lámina laminada de aleación alfa2-gamma, medida mediante rayos X de alta energía. [2]

El Gamma TiAl tiene excelentes propiedades mecánicas y resistencia a la oxidación y la corrosión a temperaturas elevadas (más de 600  °C), lo que lo convierte en un posible reemplazo de los componentes tradicionales de superaleaciones basadas en Ni en los motores de turbinas de aeronaves .

Las aleaciones basadas en TiAl tienen potencial para aumentar la relación empuje-peso en los motores de aeronaves. Este es especialmente el caso de los álabes de turbina de baja presión del motor y los álabes de compresor de alta presión. Estos tradicionalmente están hechos de superaleación basada en Ni, que es casi el doble de densa que las aleaciones basadas en TiAl. Algunas aleaciones de aluminuro de titanio gamma conservan la resistencia y la resistencia a la oxidación hasta 1000 °C, que es 400 °C más alta que el límite de temperatura de funcionamiento de las aleaciones de titanio convencionales. [ no lo suficientemente específico para verificar ] [3]

General Electric utiliza TiAl gamma para las palas de turbina de baja presión de su motor GEnx , que propulsa los aviones Boeing 787 y Boeing 747-8 . Este fue el primer uso a gran escala de este material en un motor a reacción comercial [4] cuando entró en servicio en 2011. [5] Las palas LPT de TiAl son fundidas por Precision Castparts Corp. y Avio spa. El mecanizado de las palas LPT de la Etapa 6 y la Etapa 7 lo realiza Moeller Manufacturing. [6] [ cita requerida ] Se está explorando una vía alternativa para la producción de las palas de TiAl gamma para los motores GEnx y GE9x mediante fabricación aditiva . [7]

En 2019 se fabricó una nueva  versión ligera de 55 g del reloj de pulsera Omega Seamaster , utilizando aluminuro de titanio gamma para la caja, la caja trasera y la corona, y una esfera y un mecanismo de titanio en Ti 6/4 (grado 5). El precio de venta al público de este reloj, 37.240 libras esterlinas, era nueve veces el del Seamaster básico y comparable a la versión de gama alta con caja de platino y complicación de fase lunar . [8]

Alfa 2-Ti3Alabama

TiAl3

El TiAl3 tiene la densidad más baja de 3,4 g/cm3 , la microdureza más alta de 465–670 kg/mm2 y la mejor resistencia a la oxidación incluso a 1000 °C. Sin embargo, las aplicaciones del TiAl3 en los campos de la ingeniería y la industria aeroespacial están limitadas por su escasa ductilidad. Además, la pérdida de ductilidad a temperatura ambiente suele ir acompañada de un cambio del modo de fractura de transgranular dúctil a intergranular frágil o a clivaje frágil. A pesar de que se han desarrollado muchas estrategias de endurecimiento para mejorar su tenacidad, la calidad del mecanizado sigue siendo un problema difícil de abordar. La tecnología de fabricación de forma cercana a la neta se considera una de las mejores opciones para preparar dichos materiales. {date=julio de 2022} [ cita requerida ]

Referencias

  1. ^ Voskoboinikov R, Lumpkin G, Middleburgh S (2013). "Formación preferencial de defectos autointersticiales de Al en γ-TiAl bajo irradiación". Intermetallics . 32 : 230–232. doi :10.1016/j.intermet.2012.07.026.
  2. ^ Liss KD, Bartels A, Schreyer A, Clemens H (2003). "Rayos X de alta energía: una herramienta para investigaciones masivas avanzadas en ciencia y física de materiales". Texturas Microstruct. 35 (3/4): 219–52. doi : 10.1080/07303300310001634952 .
  3. ^ Thomas M, Bacos MP (noviembre de 2011). "Procesamiento y caracterización de aleaciones basadas en TiAl: hacia una escala industrial". Laboratorio Aeroespacial . 3 : 1–11.
  4. ^ Bewlay BP, Nag S, Suzuki A, Weimer MJ (2016). "Aleaciones de TiAl en motores de aviones comerciales". Materiales a altas temperaturas . 33 (4–5): 549–559. Código Bibliográfico :2016MaHT...33..549B. doi :10.1080/09603409.2016.1183068. S2CID  138071925.
  5. ^ "GE Aviation presenta su motor GEnx número 1.000". AviationPros . 21 de octubre de 2015 . Consultado el 10 de agosto de 2017 .
  6. ^ Moeller Manufacturing, División Aeroespacial, en Wixom, Michigan, EE. UU.
  7. ^ Heidi Milkert (18 de agosto de 2014). "GE utiliza un nuevo cañón de electrones para la impresión 3D: diez veces más potente que la sinterización láser". 3D Print.com .
  8. ^ Tim Barber (31 de agosto de 2019). "El nuevo Omega Seamaster Aqua Terra está fabricado en titanio y pesa tan solo 55 g". Wired .

Enlaces externos