El titanio, símbolo Ti, es un mineral abundante en la corteza terrestre.
Un clérigo inglés (William Gregor) descubrió este mineral en 1791, en una piedra llamada limenita.
Desde el punto de vista estructural aeronáutico las aleaciones de titanio se encuentran a medio camino entre las aleaciones de aluminio y el acero.
El titanio es relativamente ligero, dúctil, y posee resistencia a la corrosión a temperaturas moderadas.
Su relación resistencia mecánica/peso es muy buena.
Sin embargo a temperatura alta las piezas forjadas pueden experimentar serios problemas de corrosión (grietas por corrosión por esfuerzos) así como en ambientes salinos (por ejemplo, aplicación en aviones embarcados en portaaviones)

Estos problemas  en las aleaciones más modernas se han mitigado.

foto:Líneas de cableado eléctrico en techo del fuselaje.

En general siempre que existe humedad el titanio se reviste de una capa de óxido (Ti02) que le protege frente a la corrosión.
En ausencia de humedad no aparece esta capa protectora.
Las aleaciones de titanio comenzaron a usarse en aviación hacia la década de 1980 en aviones de combate, y pronto traspasó su éxito de aplicación al campo de la aviación comercial.
Su buena cualidad de resistencia mecánica por unidad de peso se mantiene hasta temperaturas de trabajo de unos 400 °C.

Como media, sus características de resistencia a la fatiga son aceptables, en algunos casos excelentes.

El titanio y sus aleaciones actúan de modo catódico frente a las aleaciones de aluminio, magnesio y otras aleaciones férreas (excepto algunos aceros inoxidables).
Por tanto, cuando está en contacto con estos materiales en una estructura aeronáutica es el metal de contacto el que tiende a sufrir la corrosión, no el titanio.
La corrosión es producida por la célula galvánica.
Ahora bien, el titanio es anódico respecto a la fibra de carbono; por consiguiente puede sufrir corrosión galvánica en este tipo de juntas.
Sin embargo se ha observado que la mayor parte de las aleaciones de titanio no experimentan problemas de corrosión en estos casos, y es gracias a la película protectora que adquiere el material de forma natural.

5.2 El titanio, igual que el hierro, es polimorfo, y presenta diferencias con otros metales usados en estructuras aeronáuticas, como el aluminio y el magnesio.
El aluminio, por ejemplo, a temperatura ambiente solo exhibe una estructura cristalina cúbica centrada.
El magnesio, a temperatura ambiente, tiene también estructura cristalina hexagonal, también única.
Sin embargo, el titanio a temperatura ambiente puede presentar dos estructuras cristalinas distintas (de ahí que hablemos de polimorfidad):

• Cúbica centrada.
• Hexagonal.

Esta última se denomina titanio en «fase alfa».
La cúbica centrada se llama «fase beta».
De este modo, la cuestión importante para nosotros es saber que el titanio aleado exhibe distinto comportamiento mecánico en las distintas fases.

a. Titanio fase alfa: es ideal para aplicación en motores turborreactores.
La razón es que tiene gran resistencia a la fluencia, digamos a la deformación progresiva cuando permanece la carga.

b. Titanio fase beta: es ideal para piezas sometidas a grandes cargas (tren de aterrizaje, por ejemplo).
La razón principal es que tiene gran resistencia mecánica y a la fatiga.

c. Además de las fases citadas, coexiste una fase alfa+beta, llamada (a+Ti), que contiene granos alfa y beta.
Como suele ocurrir en esta clase de combinaciones el grupo (a+Ti) presenta características intermedias entre una y otra.

5.3 Los elementos que componen las aleaciones del titanio se dividen en dos grupos.

• Un grupo que se disuelve preferentemente en la fase alfa (caso del aluminio, por ejemplo).
• Un segundo grupo que se disuelve preferentemente en la fase beta (tal es el caso del cromo, hierro, manganeso, molibdeno, vanadio).

Las adiciones que se hacen de elementos del primer grupo reciben el nombre de estabilizadores alfa; los del segundo grupo son estabilizadores beta.
Los estabilizadores beta, a su vez, se dividen en dos clases:

a. los que forman diversos compuestos con el titanio, como el cromo (TiCr2), hierro (TiFe2), manganeso (TiMn), y silicio (Ti5Si3).
b. o bien, los que son solubles en la fase beta, en todas las proporciones, como el molibdeno (Mo), tantalio (Ta) y vanadio (V).

 

Clasificación de las aleaciones de titanio

 

5.4 Se clasifican de acuerdo con los efectos estabilizadores de los elementos de aleación.

 

Clase alfa

 

Comprende dos subtipos:

a. Super alfa, p.e, Ti 5Al 2,5Sn.
b. Near alfa, p.e, Ti 8Al 1Mo 1V.

Observamos que es frecuente en la literatura técnica omitir el símbolo % referido a elementos de la aleación.
Por ejemplo, en el caso anterior no hemos escrito Ti 5% Al 2,5% Sn, más simple es escribir Ti 5Al 2,5Sn.

En aviación se emplea más la clase Near alfa que la Super alfa.
Near alfa se emplea en motores de turbina (buena resistencia mecánica y a la fluencia).
Super alfa retiene buenas cualidades de ductilidad a muy baja temperatura y encuentran aplicación en cohetes y naves espaciales.
El endurecimiento de las aleaciones de titanio se efectúa por trabajo en frío, solución sólida o refinamiento del grano.

 

Clase beta

 

Se obtiene al añadir los estabilizadores citados anteriormente para mantener la fase beta cuando la aleación se enfría rápidamente.
Las aleaciones de este tipo suelen tener mayor resistencia mecánica que la clase alfa, pero su uso es parcial en aviación.
La razón es su falta de resistencia a la fluencia.
Las aleaciones de esta clase se utilizan en remaches, sujetadores en general, a veces en palas para helicóptero, y en carenas de motor.

 

Clase alfa+beta

Son las aleaciones más importantes.

Pertenecen a esta clase aleaciones famosas como la Ti 6Al 4V y la Ti 6Al 2Sn 4Zr 6Mo.
Poseen excelente resistencia mecánica y a la fatiga (propiedades que llegan de la mano de la fase alfa), además de tenacidad y fluencia (propiedades estas que provienen de la fase beta).
Debe hacerse especial mención de la aleación Ti 6Al 4V.
La mitad de los pedidos que hacen los fabricantes de aviones y motores de aleaciones de titanio es de Ti 6Al 4V.
Tiene un módulo de elasticidad de 114 GPa (11.620 kg/mm2) y resistencia a la tracción de 900 MPa (91,7 kg/mm2).
El Fan (compresor secundario) de la mayor parte de los motores de turbina (con álabes de compresor secundario metálicos) usan esta aleación, aplicable hasta unos 350 °C.

 

Aplicabilidad de las aleaciones de titanio

 

5.5 Ideas generales y resumidas sobre el tema.
La aplicabilidad de las aleaciones de Ti en aeronáutica es un compromiso entre sus características:

a. El precio de las aleaciones de titanio es elevado, cuesta unas ocho veces más que las de aluminio; por tanto se emplea cuando no existe un material sustituto de aplicación.
b. El mecanizado del titanio es difícil.
c. El sustituto del titanio en reparación estructural, o es el propio material o debe ser un acero.
d. En general, en zonas del avión donde la temperatura del metal puede alcanzar 150 oc, de forma prolongada, se deben sustituir las aleaciones de aluminio por las de titanio.
e. No obstante su buena resistencia general a la corrosión, exhibe corrosión por esfuerzos en ambientes donde hay presencia de iones de cloro o bromo, en general iones de elementos encuadrados en el grupo 17 de la Tabla Periódica (flúor, cloro, bromo, yodo y astato).
f. Algunas aleaciones de titanio desarrollan grietas de corrosión por esfuerzos en agua destilada, p. e. Ti 5Al 2,5Sn.