El titanio de grado 3 (UNS R50550) es un titanio de fase alfa comercialmente puro (CP) que contiene hasta un 0,35 % en peso de oxígeno —más que cualquier otro grado CP, excepto el grado 4—. Ese oxígeno adicional le confiere una resistencia a la tracción mínima de 448 MPa (65 ksi), aproximadamente 30% superior a los 345 MPa del grado 2. La contrapartida es modesta: el alargamiento desciende de 20% a 18%, y la conformabilidad disminuye ligeramente. La resistencia a la corrosión es prácticamente idéntica a la del grado 2. El grado 3 se especifica cuando un proyecto requiere el comportamiento frente a la corrosión del grado 2, pero con un aumento significativo de la resistencia; lo más habitual es que se utilice en recipientes a presión para procesos químicos, herrajes marinos y paneles de revestimiento de fuselajes. Es menos habitual que el grado 2 y más caro; la mayoría de las aplicaciones que lo barajan acaban utilizando el grado 2, a menos que los cálculos de carga exijan específicamente un límite elástico más alto.
¿Qué es el titanio de grado 3?
El titanio de grado 3 es el tercero de los cuatro grados de titanio comercialmente puro (CP) definidos en las normas ASTM B265 y AMS 4900. “Comercialmente puro” significa que el metal carece prácticamente de aleaciones: el contenido de titanio alcanza aproximadamente el 99,1 % en peso, y el resto lo componen elementos impuros estrictamente controlados, en lugar de adiciones deliberadas de aleación.
Lo que distingue al grado 3 de los grados 1 y 2 es su límite máximo de contenido de oxígeno: 0,35 % en peso de oxígeno frente al 0,25 % en peso del grado 2. Esta única diferencia explica casi toda la diferencia en las propiedades mecánicas entre ambos.
¿Por qué el oxígeno aumenta la resistencia del titanio CP?: El oxígeno se disuelve de forma intersticial en la red cristalina hexagonal compacta del titanio. Cada átomo de oxígeno disuelto ejerce tensión sobre la red y se opone al movimiento de las dislocaciones —el mecanismo que subyace a la deformación plástica—. Un mayor contenido de oxígeno intersticial implica una mayor resistencia al deslizamiento de las dislocaciones, lo que se traduce directamente en una mayor resistencia a la tracción y al límite elástico. Este mismo mecanismo reduce ligeramente la ductilidad, aunque no de forma drástica: el alargamiento mínimo del grado 3 (18%) es solo dos puntos porcentuales inferior al del grado 2 (20%).
El grado 3 también se caracteriza por:
- Designación UNS: R50550
- Alias habitual: CP-2 (según la clasificación AMS-T-9046)
- Normas clave: ASTM B265, ASTM F67, AMS 4900, AMS-T-9046 CP-2, ASME SB-265
El nombre “CP-2” puede dar lugar a confusiones, ya que algunos fabricantes denominan «CP-2» al grado 2 en determinados sistemas de clasificación. Al realizar un pedido, especifica siempre tanto el número de grado según la norma ASTM B265 como la designación UNS para evitar ambigüedades.
Desde el punto de vista microestructural, el grado 3 es una aleación alfa monofásica —con una estructura totalmente hexagonal compacta a temperatura ambiente y sin transformación a la fase beta—. Esta microestructura le confiere una excelente resistencia a la corrosión, una buena soldabilidad y un comportamiento mecánico predecible en un amplio rango de temperaturas.
Composición química del titanio de grado 3 (ASTM B265)
La composición del titanio de grado 3 se define en la norma ASTM B265 (tiras, láminas y placas) y se hace referencia a ella en las normas AMS 4900, ASTM F67 y ASME SB-265. Se aplican todos los límites máximos; el contenido real de oxígeno y hierro en un producto certificado por el fabricante suele situarse por debajo de estos límites.
| Elemento | Máximo (wt%) | Función |
|---|---|---|
| Oxígeno (O) | 0.35 | Palanca de resistencia primaria; endurecedor intersticial |
| Hierro (Fe) | 0.30 | Reforzante secundario en solución sólida |
| Nitrógeno (N) | 0.050 | Refuerzo intersticial (contribución menor) |
| Carbono © | 0.08 | Efecto intersticial, mínimo a estos niveles |
| Hidrógeno (H) | 0.015 | Se controla estrictamente para evitar la fragilización |
| Otros (cada uno) | 0.10 | Oligoelementos residuales |
| Otros (total) | 0.30 | |
| Titanio (Ti) | Saldo | ~99% en peso |
El oxígeno es el elemento fundamental. La progresión desde el grado 1 (0,18 wt% O máx.) hasta el grado 4 (0,40 wt% O máx.) consiste, en esencia, en un aumento controlado del contenido de oxígeno, en el que cada paso añade aproximadamente 100 MPa a la resistencia mínima a la tracción y reduce el alargamiento en un pequeño porcentaje.
El hidrógeno merece una atención que va más allá de su bajo límite numérico. El titanio a temperatura ambiente presenta una solubilidad muy baja en hidrógeno, y el hidrógeno absorbido durante el procesamiento o la soldadura puede provocar agrietamiento retardado o fragilización con el paso del tiempo. El límite máximo de 0,015 % en peso es una medida de protección estándar contra este fenómeno. Al soldar el grado 3, se aplican las mismas precauciones que para cualquier titanio CP: es obligatorio el uso de gas inerte como protección tanto en el baño de fusión como en la parte posterior de la zona afectada por el calor.
El contenido de hierro de hasta el 0,30 % en peso% también contribuye a la resistencia mediante el endurecimiento por solución sólida, aunque su efecto es menor que el del oxígeno en concentraciones equivalentes. A diferencia de algunos aceros inoxidables, en los que el contenido de hierro plantea problemas de corrosión, el hierro presente en estos niveles traza en el titanio no afecta de manera significativa al comportamiento frente a la corrosión.
Propiedades mecánicas del titanio de grado 3
Los valores que figuran a continuación son los requisitos mínimos establecidos en la norma ASTM B265 para chapas, tiras y placas. El material certificado suele superar estos mínimos; en el informe de ensayo de la fábrica se indican los valores medidos para cada lote.
| Propiedad | Grado 3 | Unidades |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (UTS) | 448 min (65 ksi) | MPa |
| Límite elástico (0,2% offset) | 379 min (55 ksi) | MPa |
| Alargamiento (longitud de referencia: 2 pulgadas / 50 mm) | 18 min | % |
| Módulo de elasticidad | ~104,8 (15 200 ksi) | GPa |
| Densidad | 4.51 | g/cm³ |
| Intervalo de fusión | ~1649–1671 (3000–3040 °F) | °C |
| Dureza Brinell | ~200–225 | HB |
Algunas cifras que conviene analizar a la hora de tomar decisiones de ingeniería:
Resistencia a la tracción de 448 MPa sitúa al grado 3 en un término medio muy útil. Permite superar el umbral exigido para muchos diseños de recipientes a presión según la Sección VIII de la ASME, en los que el grado 2 se encuentra en el límite, sin tener que recurrir al grado 4 ni a una aleación.
El módulo de elasticidad de 104,8 GPa Es una característica común a todos los grados de titanio CP; no varía de forma significativa entre el grado 1 y el grado 4. Esto significa que el grado 3 tiene la misma rigidez que el grado 2, lo cual es un aspecto importante en los diseños en los que la deflexión determina la geometría, en lugar de la tensión.
Alargamiento en 18% es lo suficientemente alta como para que la chapa de grado 3 pueda conformarse mediante operaciones convencionales de plegado en prensa y perfilado. La diferencia práctica con respecto a la elongación del 20% de grado 2 es real, aunque pequeña; es posible que sea necesario aumentar ligeramente los radios de las herramientas, y la recuperación elástica será ligeramente mayor.
Rendimiento criogénico: Los grados de titanio CP, incluido el grado 3, conservan la ductilidad a temperaturas bajo cero mejor que la mayoría de las aleaciones estructurales. Los metales de estructura cúbica centrada en las caras (aceros inoxidables austeníticos) son la opción habitual para aplicaciones criogénicas, pero la estructura hexagonal del titanio CP no presenta una temperatura de transición brusca de dúctil a frágil, como ocurre con los aceros ferríticos. El grado 3 se utiliza en equipos para servicio en frío y en aplicaciones relacionadas con la criogenia en las que también se requiere su resistencia a la corrosión.
Titanio de grado 2 frente a titanio de grado 3: comparación directa
La respuesta breve: El grado 3 presenta una resistencia a la tracción aproximadamente 30% superior a la del grado 2, con una resistencia a la corrosión prácticamente idéntica y una ductilidad solo ligeramente inferior. Su coste es mayor y se produce en volúmenes más reducidos, lo que afecta a su disponibilidad y a los plazos de entrega.
| Propiedad | 2.º curso (R50400) | 3.º curso (R50550) | Diferencia |
|---|---|---|---|
| UTS mín. | 345 MPa (50 ksi) | 448 MPa (65 ksi) | +30% |
| Rendimiento mínimo | 275 MPa (40 ksi) | 379 MPa (55 ksi) | +38% |
| Alargamiento mínimo | 20% | 18% | −2 pp |
| O máx. (wt%) | 0.25% | 0.35% | +40% |
| Fe máx. (wt%) | 0.30% | 0.30% | Igual |
| Densidad | 4,51 g/cm³ | 4,51 g/cm³ | Igual |
| Módulo | ~103 GPa | ~104,8 GPa | Insignificante |
| Resistencia a la corrosión | Excelente | Excelente | Igual |
| Soldabilidad | Excelente | Bien | Reducción leve |
| Disponibilidad | Ancho | Limitado | El 2.º curso gana |
| Coste habitual | Baja | 10–20% premium | El 2.º curso gana |
Cuándo es más adecuado el grado 3 que el grado 2
Se otorga la calificación de grado 3 cuando una solicitud cumple una de estas condiciones:
- La reducción del espesor de las paredes es muy útil. Si en un recipiente a presión se puede utilizar un material de pared más fino de grado 3 en lugar del más grueso de grado 2, el peso del material se reduce y los costes de fabricación pueden compensar el sobrecoste del precio unitario, lo cual resulta especialmente relevante en estructuras aeroespaciales, donde la masa es una restricción estricta.
- El diseño está limitado por el límite elástico, no por la corrosión. Cuando un análisis de tensiones muestra que el grado 2 cede bajo carga, mientras que el grado 3 supera el margen de seguridad, y el cambio a una aleación de titanio como el Ti-6Al-4V supondría una mayor complejidad en el tratamiento térmico de las soldaduras, el grado 3 es la opción más lógica.
- Solicitudes de dispositivos médicos conforme a la norma ASTM F67. El grado 3 figura en la norma ASTM F67 (titanio de calidad para implantes) junto con los grados 1, 2 y 4. Cuando un componente quirúrgico requiere una resistencia superior a la que ofrece el grado 2, sin los elementos de aleación (aluminio y vanadio en el grado 5) que complican las evaluaciones de biocompatibilidad, el grado 3 es una opción clara.
En los casos en que el 2.º curso sigue siendo la mejor opción
El grado 2 es la opción más adecuada en la gran mayoría de las aplicaciones:
- Cuando la resistencia a la corrosión es el factor principal y la carga mecánica es moderada
- Cuando el proceso de conformado de chapa es muy complejo (curvaturas más cerradas, embutidos profundos)
- Cuando los plazos de los proyectos son ajustados y la disponibilidad de los suministros es fundamental
- Cuando el cálculo se basa en la rigidez y no en la resistencia (ambos tipos de acero tienen el mismo módulo de elasticidad)
- Cuando el coste está bajo presión y el margen de resistencia no es determinante
En la práctica, los ingenieros de compras que trabajan con equipos para plantas químicas y placas tubulares de intercambiadores de calor utilizan habitualmente el grado 2, que se adapta a esos entornos sin problemas. El grado 3 entra en juego cuando un análisis estructural señala un margen de límite elástico insuficiente y el uso de un grado aleado complicaría las especificaciones del procedimiento de fabricación.
¿Para qué se utiliza el titanio de grado 3?
El titanio de grado 3 ocupa un nicho específico: aplicaciones que requieren la resistencia a la corrosión del grado 2 en entornos en los que la resistencia mecánica de este último resulta insuficiente. Los siguientes sectores son los que más lo utilizan.
Equipos de procesamiento químico
La resistencia del titanio al cloro húmedo, a las soluciones de cloruro, a los ácidos oxidantes y al agua de mar lo convierte en el material ideal para las plantas químicas. La mayor parte de estos equipos —tubos de intercambiadores de calor, recipientes de reactores, tuberías— se fabrica en grado 2. El grado 3 se utiliza cuando:
- El diseño de un recipiente a presión requiere valores de tensión admisibles más elevados para alcanzar el espesor de pared deseado en un espacio limitado.
- Según un cálculo realizado según el Código ASME, Sección VIII, el grado 2 requiere un espesor de pared mayor que el recomendado, mientras que el grado 3 permite resolver el diseño con las dimensiones estándar del material.
Los entornos corrosivos en los que se utiliza el Grado 2 —ácido sulfúrico diluido, ácido nítrico, soluciones de lejía, ácido fosfórico y cloro gaseoso húmedo— también están dentro de las capacidades del Grado 3. El cambio del Grado 2 al Grado 3 en estos entornos no conlleva ningún riesgo de corrosión.
Componentes del fuselaje para la industria aeroespacial
El grado 3 aparece en las normas ASTM B265 y AMS 4900 precisamente porque los paneles de revestimiento y las chapas estructurales aeroespaciales requieren en ocasiones un titanio CP con una tensión admisible superior a la que ofrece el grado 2. En las aplicaciones aeronáuticas, cada kilogramo de peso estructural cuenta, y la posibilidad de utilizar chapas más finas de grado 3 para cumplir un requisito de resistencia puede suponer un ahorro de peso cuantificable en una superficie de panel de gran tamaño.
Aunque no es tan habitual como el Grado 2 en los fuselajes —el Ti-6Al-4V (Grado 5) predomina en las aplicaciones estructurales aeroespaciales—, el Grado 3 ocupa un nicho útil: en estructuras no primarias en las que los requisitos de tratamiento térmico de un grado de aleación añadirían complejidad al proceso y en las que el margen de resistencia del grado 2 resulta escaso.
Accesorios náuticos
La casi total inmunidad del titanio frente a la corrosión por el agua de mar, incluida su resistencia a la corrosión interlaminar y a la corrosión por picaduras en agua salada a temperaturas elevadas, lo convierte en un material muy valioso para aplicaciones marítimas y navales. El grado 2 es adecuado para la mayoría de los usos marinos. El grado 3 se utiliza en elementos de fijación, soportes y accesorios marinos sometidos a carga, en los que se requiere una carga de prueba más elevada sin necesidad de recurrir a una aleación.
Recipientes a presión e intercambiadores de calor
Los recipientes a presión fabricados que funcionan a presiones moderadas, especialmente en aplicaciones químicas corrosivas o marinas, pueden especificar el grado 3 cuando las condiciones del proceso exigen tanto resistencia a la corrosión como una tensión de diseño admisible elevada. El Código ASME de Calderas y Recipientes a Presión (el ASME SB-265 remite a la norma ASTM B265 para el titanio) incluye el Grado 3 como material reconocido, lo que le confiere una base de tensión de diseño para los equipos que llevan el sello del Código.
Aplicaciones de servicio en frío y relacionadas con la criogenia
Los grados de titanio CP, incluido el grado 3, no presentan el comportamiento de transición de dúctil a frágil que hace que los aceros ferríticos y martensíticos sean peligrosos a temperaturas bajo cero. El grado 3 mantiene su ductilidad hasta temperaturas criogénicas, lo que permite su uso en equipos de manipulación de gas licuado y en tuberías químicas para servicio en frío, donde se requiere una combinación de tenacidad a bajas temperaturas y resistencia a la corrosión.
Este comportamiento a bajas temperaturas es una propiedad que muchas fichas técnicas del Grado 3 mencionan brevemente, pero que rara vez explican: se debe directamente a la estructura cristalina hexagonal compacta y a la ausencia de una transformación a la fase cúbica centrada en el cuerpo.
Resistencia a la corrosión: ¿El grado 3 es equivalente al grado 2?
Sí: el grado 3 y el grado 2 presentan una resistencia a la corrosión idéntica en todos los entornos de uso prácticos.
Ambos grados forman el mismo óxido superficial pasivo: el dióxido de titanio (TiO₂). Esta capa de óxido se forma espontáneamente cuando el titanio se expone al oxígeno o a la humedad, y es autorreparable: si se raya, se regenera en milisegundos tanto en el aire como en el agua. La composición de este óxido viene determinada por el propio titanio metálico, no por el contenido de oxígeno intersticial en el interior de la aleación. Un mayor contenido de oxígeno en la masa (lo que distingue al grado 3) no afecta a la capa superficial de TiO₂.
El resultado práctico: en medios corrosivos en los que se especifica el Grado 2 —cloruros, ácidos oxidantes, agua de mar, lejía, gases industriales húmedos—, el Grado 3 ofrece un rendimiento equivalente. Los ingenieros especializados en corrosión que evalúen una propuesta de grado 3 frente a una especificación de grado 2 no necesitan volver a realizar evaluaciones de corrosión para dichos medios; los datos de resistencia a la corrosión del titanio son directamente aplicables.
Donde la distinción realmente importa: la reducción de los ácidos
La notable debilidad del titanio —frente a ácidos reductores como el ácido clorhídrico concentrado caliente o el ácido sulfúrico diluido a temperaturas elevadas sin la presencia de un oxidante— se aplica por igual a los grados 3 y 2. Ninguno de estos grados es adecuado para estos entornos sin adiciones especiales de aleación (los grados 7, 11, 12 o 16, con adiciones de paladio o rutenio, están diseñados para su uso en entornos con ácidos reductores).
Si un análisis de medios corrosivos señala que el titanio se encuentra en el límite para un entorno ácido reductor, pasar del grado 2 al grado 3 no resuelve en absoluto el problema de la corrosión. La solución es un grado completamente diferente.
Límites de temperatura
La capa de óxido pasivo del titanio se mantiene estable hasta aproximadamente 315 °C (600 °F) en la mayoría de los entornos acuosos. Por encima de este rango, las tasas de oxidación aumentan significativamente y el óxido puede dejar de ser protector. Esto se aplica tanto al grado 2 como al grado 3. Para entornos oxidantes a temperaturas elevadas, se requieren aleaciones de titanio con una mayor resistencia a la oxidación.
Fabricación, soldabilidad y conformado
El grado 3 es un material apto para los métodos estándar de fabricación del titanio, pero requiere el mismo nivel de cuidado que cualquier titanio puro (CP) o aleación de titanio. Su resistencia ligeramente superior a la del grado 2 tiene implicaciones prácticas para las operaciones de conformado.
Soldabilidad
El titanio de grado 3 se suelda bien siguiendo los mismos procedimientos que el de grado 2: la soldadura por arco con gas y tungsteno (GTAW/TIG) es la práctica habitual. El requisito fundamental para toda soldadura de titanio CP es el control de la contaminación:
- Gas de protección: Aragón puro (99,999%) en el soplete y un escudo de protección trasero en el cordón de soldadura
- Purga inversa: La cara posterior de la soldadura debe protegerse con argón hasta que el metal se enfríe por debajo de aproximadamente 315 °C (600 °F). El titanio se oxida rápidamente a las temperaturas de soldadura y la decoloración resultante (que va del dorado al azul y al blanco) indica una contaminación por óxido que degrada las propiedades mecánicas y la resistencia a la corrosión.
- Limpieza: Antes de soldar, es necesario eliminar mecánicamente o químicamente la escoria de laminación, los lubricantes y los óxidos superficiales. Las soldaduras contaminadas en titanio no se pueden reparar mediante esmerilado; es necesario eliminar la zona contaminada y volver a soldarla.
El metal de soldadura de grado 3 cumple los requisitos de resistencia del material base cuando el procedimiento de soldadura está debidamente homologado según la norma aplicable. A diferencia de lo que ocurre con algunas aleaciones de titanio, no es necesario aplicar un tratamiento térmico posterior a la soldadura en los grados de titanio CP para restablecer la resistencia a la corrosión.
Operaciones de conformado de chapa y de plegado con prensa plegadora
El mayor límite elástico del grado 3 implica que requiere una fuerza de conformado ligeramente superior a la del grado 2, y la recuperación elástica será algo mayor. Las herramientas que funcionan para el grado 2 suelen ser válidas también para el grado 3 con pequeños ajustes en los parámetros: un aumento de los radios de curvatura (aproximadamente entre 10 y 15% mayores que los mínimos del grado 2) y un aumento de las estimaciones de tonelaje.
Las operaciones de embutición profunda son más delicadas. La reducción de dos puntos porcentuales en la elongación (18% frente a 20%) es pequeña, pero real, y las geometrías de embutición complejas que se sitúan al límite de las capacidades del Grado 2 pueden requerir un recocido de la pieza en bruto de Grado 3 entre las fases de embutición o un rediseño de la herramienta.
Mecanizado
El titanio CP se mecaniza con los mismos materiales de herramienta y los mismos requisitos de líquido de corte que las aleaciones de titanio, pero con fuerzas de corte generalmente menores debido a su menor resistencia. El grado 3 es ligeramente más difícil de mecanizar que el grado 2, pero ambos son significativamente más fáciles que el Ti-6Al-4V (grado 5). Aspectos clave a tener en cuenta en el mecanizado del grado 3:
- Utiliza herramientas afiladas; el titanio se endurece rápidamente con herramientas sin filo.
- Mantén una carga de viruta constante; los cortes interrumpidos provocan endurecimiento por deformación.
- Utiliza abundante líquido de corte para evitar la acumulación de calor y la soldadura de la herramienta.
- Las herramientas de metal duro o de acero rápido con alto contenido en cobalto son adecuadas; evita el funcionamiento en seco
Titanio de grado 3 frente a titanio de grado 5 (Ti-6Al-4V): cuando el CP es suficiente
El grado 5 —el Ti-6Al-4V, la aleación de titanio más utilizada— se sitúa en una categoría de rendimiento totalmente distinta a la del grado 3. Comprender esta diferencia ayuda a los ingenieros a evitar, por un lado, un diseño excesivo y, por otro, un diseño insuficiente.
| Propiedad | 3.º de Primaria | Grado 5 (Ti-6Al-4V) |
|---|---|---|
| UTS mín. | 448 MPa (65 ksi) | 895 MPa (130 ksi) |
| Rendimiento mínimo | 379 MPa (55 ksi) | 828 MPa (120 ksi) |
| Alargamiento mínimo | 18% | 10% |
| Densidad | 4,51 g/cm³ | 4,43 g/cm³ |
| Resistencia a la corrosión | Excelente (CP TiO₂ pasivo) | Bueno (aleación) |
| Soldabilidad | Bien | Aceptable (requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura para obtener todas las propiedades) |
| Coste | Baja | Notablemente más alto |
| Tratamiento térmico | No aplicable | Imprescindible para garantizar la resistencia estructural total |
El grado 5 es aproximadamente el doble de fuerte que el grado 3 en resistencia a la tracción y al límite elástico (895 MPa de resistencia a la tracción como mínimo frente a 448 MPa). No se trata de una diferencia insignificante, sino de una diferencia fundamental en cuanto a prestaciones.
Elige el grado 3 (o el grado 2) cuando:
- La resistencia a la corrosión es su función principal y las cargas mecánicas son moderadas
- La soldadura es muy extensa y el tratamiento térmico posterior a la soldadura no resulta viable
- El espesor de la pared es adecuado para la tensión admisible del grado 3 a la presión de diseño.
- El componente no es estructural (conductos, revestimientos, tuberías, recubrimientos)
Elige el 5.º curso cuando:
- La función estructural de soporte de carga es la principal (elementos estructurales del fuselaje, tren de aterrizaje, álabes de la turbina)
- La reducción de peso frente al acero marca la pauta en el diseño, y la relación resistencia-peso es fundamental
- El diseño se basa en la resistencia a la fatiga (el grado 5 presenta un comportamiento frente a la fatiga considerablemente mejor que los grados de acero al carbono).
- La temperatura de funcionamiento alcanza los 300-400 °C bajo carga
El factor de complejidad de fabricación
Las soldaduras de Ti-6Al-4V se califican como “aceptables”: la zona afectada por el calor pierde tenacidad sin un tratamiento térmico posterior a la soldadura, y homologar un procedimiento de soldadura para componentes estructurales de grado 5 según las normas aeroespaciales o de recipientes a presión supone un esfuerzo considerable. Para estructuras fabricadas en las que la soldadura es extensa y el tratamiento térmico posterior a la soldadura no es viable, un grado de titanio CP que se suelde limpiamente sin necesidad de tratamiento térmico sigue siendo una opción válida.
Titanio comercialmente puro, grados del 1 al 4: comparación completa
Los cuatro grados de titanio CP son aleaciones de fase alfa reguladas por la norma ASTM B265. Comparten la misma estructura cristalina, el mismo mecanismo de resistencia a la corrosión y una soldabilidad similar. Las diferencias se deben exclusivamente al contenido de elementos intersticiales —principalmente oxígeno—, que se incrementa deliberadamente del grado 1 al grado 4 para aumentar la resistencia.
| Propiedad | 1.º de primaria (R50250) | 2.º curso (R50400) | 3.º curso (R50550) | 4.º curso (R50700) |
|---|---|---|---|---|
| O máx. (wt%) | 0.18 | 0.25 | 0.35 | 0.40 |
| Fe máx. (wt%) | 0.20 | 0.30 | 0.30 | 0.50 |
| Resistencia a la tracción mínima (UTS) (MPa) | 240 | 345 | 448 | 550 |
| Límite de elasticidad mínimo (MPa) | 138 | 275 | 379 | 483 |
| Alargamiento mínimo (%) | 24 | 20 | 18 | 15 |
| Formabilidad | Mejor | Muy buena | Bien | Feria |
| Fortaleza relativa | Más bajo | Moderado | Alta | CP más alto |
| Disponibilidad | Alta | Más alto | Limitado | Limitado |
Grado 1 Es el más dúctil y el más resistente a la corrosión (con los niveles más bajos de elementos intersticiales). Se utiliza en revestimientos de plantas químicas, tubos de intercambiadores de calor, dispositivos médicos y aplicaciones que requieren la máxima conformabilidad.
Grado 2 Es el producto estrella del sector. Ofrece la máxima disponibilidad, la gama más amplia de formas en stock y la resistencia adecuada para la mayoría de las aplicaciones en las que la corrosión es un factor clave. La opción por excelencia para el titanio industrial.
Grado 3 cubre el vacío entre el grado 2 y el grado 4: ofrece mayor resistencia que el grado 2 y mayor ductilidad que el grado 4. Se especifica cuando el margen de fluencia del grado 2 resulta insuficiente y la menor conformabilidad del grado 4 complicaría la fabricación.
Grado 4 Presenta la mayor resistencia de entre los grados de titanio CP, con un límite de resistencia a la tracción (UTS) mínimo de 550 MPa. Se utiliza en elementos de fijación para la industria aeroespacial, implantes médicos (ASTM F67) y aplicaciones en las que el titanio CP debe soportar la mayor carga estructural posible. El alargamiento se reduce a un mínimo de 15%, lo que limita las opciones de conformado.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la diferencia entre el titanio de grado 2 y el de grado 3?
El grado 3 tiene un mayor contenido de oxígeno (0,35 % en peso como máximo frente al 0,25 % en peso como máximo del grado 2), lo que eleva su resistencia mínima a la tracción a 448 MPa frente a los 345 MPa, lo que supone un aumento del 30%. El límite elástico aumenta de 275 MPa a 379 MPa. El alargamiento desciende ligeramente de 20% a 18%. La resistencia a la corrosión es idéntica. El grado 3 es más caro y menos fácil de encontrar que el grado 2.
¿Para qué se utiliza el titanio de grado 3?
El grado 3 se utiliza en recipientes a presión para procesos químicos, intercambiadores de calor, herrajes navales, chapas para fuselajes aeroespaciales y equipos para servicio en frío. Se especifica cuando un diseño requiere la resistencia a la corrosión del grado 2 con una tensión admisible más elevada —normalmente para reducir el espesor de la pared o subsanar un déficit en el margen de fluencia identificado en un cálculo de tensiones—.
¿Se puede soldar el titanio de grado 3?
Sí. El grado 3 se suelda bien mediante el proceso GTAW (TIG) con protección de argón puro y purga trasera. Los procedimientos son los mismos que para el grado 2. El metal de soldadura cumple los requisitos de resistencia del metal base cuando los procedimientos están debidamente homologados. No es necesario un tratamiento térmico posterior a la soldadura para restablecer la resistencia a la corrosión.
¿Qué grado de titanio se utiliza en el sector aeroespacial?
El Ti-6Al-4V (Grado 5) predomina en las aplicaciones estructurales del sector aeroespacial debido a su elevada relación resistencia-peso. Entre los grados de titanio de pureza comercial (CP), el Grado 2 es el más habitual para componentes no estructurales del fuselaje, conductos y sistemas de fluidos. El grado 3 se utiliza en aplicaciones específicas en las que se requiere titanio CP con una tensión admisible más elevada, especialmente según la norma AMS 4900. El grado 4 se emplea en algunas aplicaciones de elementos de fijación.
¿Es el titanio de grado 3 más resistente que el de grado 2?
Sí. El grado 3 tiene una resistencia a la tracción mínima de 448 MPa y un límite elástico mínimo de 379 MPa, frente a los 345 MPa de resistencia a la tracción y los 275 MPa de límite elástico del grado 2. La diferencia en el límite elástico de aproximadamente 38% es la cifra más significativa para la mayoría de los cálculos de diseño estructural.
¿En qué se diferencia el titanio de grado 3 del de grado 5 (Ti-6Al-4V)?
El grado 5 es aproximadamente el doble de resistente: una resistencia a la tracción máxima (UTS) de 897 MPa frente a los 448 MPa del grado 3. El grado 3 presenta una soldabilidad superior (el grado 5 requiere un tratamiento térmico posterior a la soldadura para alcanzar todas sus propiedades estructurales), una resistencia a la corrosión ligeramente mejor y un coste menor. Se opta por el grado 5 cuando la resistencia estructural, el comportamiento frente a la fatiga o la capacidad de funcionamiento a altas temperaturas son factores determinantes en el diseño.
Resumen
El titanio de grado 3 es un titanio comercialmente puro en fase alfa, especificado según las normas ASTM B265, UNS R50550 y AMS 4900. Su característica definitoria es un contenido máximo de oxígeno del 0,35 % en peso, lo que proporciona una resistencia a la tracción mínima de 448 MPa y un límite elástico mínimo de 379 MPa —aproximadamente 30% y 38% superiores a los del grado 2, respectivamente—. La resistencia a la corrosión, la densidad y el módulo de elasticidad son prácticamente idénticos a los del Grado 2; a cambio, presenta una ligera reducción de la conformabilidad y un precio más elevado.
El grado 3 no sustituye al grado 2. Ocupa un nicho específico de la ingeniería: aquellas aplicaciones en las que se requiere el comportamiento frente a la corrosión del grado 2, pero su margen de fluencia resulta insuficiente. En la práctica, esto se da sobre todo en el diseño de recipientes a presión, chapas para fuselajes aeroespaciales y herrajes marinos que soportan cargas. La mayoría de los compradores que evalúan el grado 3 acaban optando por el grado 2, y ese es el resultado adecuado cuando los cálculos de carga no exigen una resistencia adicional.
Cuando el análisis de carga señala que el Grado 2 es marginal, el Grado 3 resuelve el problema de forma clara: mismos procedimientos de soldadura TIG, sin requisitos de tratamiento térmico, sin problemas relacionados con los elementos de aleación y sustitución directa en las evaluaciones de corrosión.
