Aleaciones de titanio beta: tratamiento térmico, estructura y propiedades

Las aleaciones de titanio beta contienen suficientes elementos estabilizadores de la fase beta para mantener una cantidad considerable de esta fase a temperatura ambiente. Ofrecen una baja tensión de fluencia, una gran templabilidad, conformabilidad en frío y una buena respuesta al tratamiento de solubilización y al envejecimiento. Su densidad y el coste de aleación pueden ser superiores a los de las aleaciones alfa-beta, y las aleaciones de beta estable pueden sacrificar resistencia a cambio de ductilidad.

Estabilidad y deformación de la beta

Las aleaciones beta metaestables pueden transformarse o precipitarse durante la deformación y el tratamiento térmico. En función de su estabilidad, la tensión o el enfriamiento pueden dar lugar a productos relacionados con las estructuras alfa-prime, alfa-doble-prime u omega. Al aumentar la estabilidad de la estructura beta, cambia el mecanismo de deformación activo y la respuesta tensión-deformación en tracción.

Recocido beta

El recocido por encima del transus beta da lugar a granos beta previos equiáxidos. El tamaño de los granos depende de la temperatura, el tiempo y el procesamiento previo, y los granos gruesos pueden perjudicar la ductilidad y la resistencia a la fatiga, incluso cuando se mejora la tenacidad a la fractura.

Recocido alfa-beta

El recocido por debajo del transus beta permite conservar la fase alfa primaria y recristalizar la fase beta, lo que refina la estructura y equilibra la resistencia, la ductilidad y el comportamiento frente a la fractura.

Tratamiento en solución y envejecimiento

La fase beta tratada en solución es relativamente blanda y maleable. El envejecimiento precipita fase alfa fina dentro de la fase beta y produce la principal respuesta de refuerzo. El envejecimiento en una sola etapa selecciona una trayectoria de temperatura-tiempo; las temperaturas más bajas suelen aumentar la densidad de nucleación y refinar los precipitados, mientras que las temperaturas más altas aceleran el crecimiento y el engrosamiento.

El envejecimiento en dos etapas puede generar un alfa de doble escala. Una etapa a baja temperatura establece núcleos finos o productos precursores, y una etapa a mayor temperatura desarrolla una distribución alfa más estable. Es necesario controlar la secuencia y la velocidad de calentamiento, ya que influyen en la nucleación, las zonas libres de precipitados y el tamaño final de las placas.

Variables clave del envejecimiento

• Temperatura de envejecimiento: controla la nucleación alfa, el crecimiento, la fracción volumétrica y el espaciado.
• Tiempo de retención: Aumenta la resistencia, pero con el tiempo puede provocar un endurecimiento de la alfa y reducir la ductilidad.
• Velocidad de calentamiento: influye en las transformaciones intermedias y en el número de sitios de nucleación alfa.
• Deformación previa: introduce defectos y límites que favorecen la nucleación heterogénea.
• Tamaño y composición del grano beta: determinar la cinética de la precipitación y la uniformidad final de las propiedades.

El tratamiento óptimo equilibra el límite elástico con la ductilidad a la tracción, la tenacidad a la fractura, la resistencia a la fatiga y la estabilidad dimensional. A la hora de tomar una decisión de adquisición o certificación, se deben seguir utilizando las especificaciones aplicables a la aleación y al producto, en lugar de una descripción genérica de la microestructura.