No se nota la diferencia entre Titanio Grado 1 y Titanio Grado 2 con sólo mirarlos. Tienen el mismo brillo gris plateado, la misma densidad (4,51 g/cm³), y la misma resistencia a la corrosión en la mayoría de los lugares. Sin embargo, mezclar estos dos grados “comercialmente puros” (CP) en un dibujo de ingeniería puede causar un fallo catastrófico. Por ejemplo, el uso incorrecto del grado 2 puede provocar grietas durante los procesos de embutición profunda, y el uso innecesario del grado 1 puede causar elasticidad estructural bajo presión.
Cuando los ingenieros y expertos en compras eligen entre el Grado 1 (UNS R50250) y el Grado 2 (UNS R50400), no suelen pensar en la “calidad” en el sentido habitual. Se trata más bien de una elección estratégica entre la mayor ductilidad y resistencia estructural moderada.
Esta guía va más allá de las simples hojas de datos para ayudarle a tomar una decisión real, desglosando las diferencias químicas, mecánicas y operativas entre las calidades para que pueda elegir la más adecuada a sus necesidades.
La diferencia crítica: Composición química y pureza
Aunque ambas aleaciones se clasifican como titanio “sin alear”, el Grado 2 no es simplemente una versión de “menor calidad” del Grado 1. Está diseñado intencionadamente con niveles ligeramente más altos de elementos intersticiales para lograr una mayor resistencia. Está diseñado intencionadamente con niveles ligeramente superiores de elementos intersticiales para lograr una mayor resistencia.
Según ASTM B265 (Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate), los límites de composición se definen como sigue:
| Elemento | Grado 1 (UNS R50250) | Grado 2 (UNS R50400) | El impacto |
|---|---|---|---|
| Nitrógeno (N) | Máx. 0,03% | Máx. 0,03% | Contribución de fuerza menor. |
| Carbono (C) | Máx. 0,08% | Máx. 0,08% | Se mantiene bajo para evitar la formación de carburo. |
| Hidrógeno (H) | Máx. 0,015% | Máx. 0,015% | Estrictamente controlado para evitar la fragilización por hidrógeno. |
| Hierro (Fe) | Máx. 0,20% | Máx. 0,30% | El hierro añade solidez pero reduce ligeramente la resistencia a la corrosión. |
| Oxígeno (O) | Máx. 0,18% | Máx. 0,25% | El principal agente fortalecedor. |
| Titanio (Ti) | Saldo | Saldo | Matriz base. |
El “botón del oxígeno”: Explicación del refuerzo intersticial
La diferencia más significativa radica en el contenido de oxígeno. El contenido máximo de oxígeno permitido para el Grado 2 (0.25%) es 0,07 puntos porcentuales superior a la del Grado 1 (0.18%).
Aunque esta diferencia parece insignificante, en la ciencia de los materiales, el oxígeno actúa como un elemento de aleación intersticial. Los pequeños átomos de oxígeno encajan en los espacios (intersticios) entre los átomos de titanio más grandes de la red cristalina hexagonal de empaquetamiento cerrado (HCP). Estos átomos intersticiales impiden el movimiento de las dislocaciones dentro de la estructura cristalina.
- Grado 1 (Oxígeno bajo): Menos barreras al movimiento de dislocación, alta ductilidad y menor resistencia.
- Grado 2 (Oxígeno superior): Más barreras “clavan” las dislocaciones , Mayor resistencia, ductilidad moderada.
Por lo tanto, el Grado 2 obtiene su condición de “caballo de batalla” no añadiendo metales caros como el vanadio, sino controlando cuidadosamente la “impureza” de oxígeno para aumentar la resistencia a la tracción sin sacrificar demasiado la conformabilidad.
Recurso técnico: Para profundizar en las especificaciones estándar, consulte la página Documentación oficial ASTM B265 en relación con los requisitos de flejes, chapas y placas.
Propiedades mecánicas: Resistencia frente a conformabilidad
A la hora de diseñar equipos de carga, la disyuntiva pasa a ser numérica. El grado 2 suele ofrecer un 30%-40% aumento del límite elástico sobre el Grado 1.
Propiedades mecánicas típicas (a temperatura ambiente)
| Propiedad | Grado 1 (el más blando) | Grado 2 (Estándar) |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (UTS) | 240 MPa (35 ksi) min | 345 MPa (50 ksi) min |
| Límite elástico (0.2% Offset) | 170 MPa (25 ksi) min | 275 MPa (40 ksi) min |
| Alargamiento | 24% min (a menudo >30%) | 20% min |
| Dureza (Vickers) | ~120 HV | ~145 HV |
La perspectiva de diseño ASME (crucial para los recipientes a presión)
Si está diseñando intercambiadores de calor o recipientes a presión bajo la Código ASME de calderas y recipientes a presión (BPVC), no sólo se tiene en cuenta el límite elástico, sino también tensión máxima admisible.
Aquí es donde brilla el Grado 2. Debido a que sus valores de tensión admisible son significativamente más altos, los ingenieros pueden especificar espesores de pared más finos para la misma presión nominal.
- Escenario: Un reactor químico que funciona a 150°C.
- Grado 1: Requiere paredes gruesas para soportar la presión, lo que aumenta el peso y el coste del material.
- Grado 2: Permite paredes más finas, reduciendo el peso total de titanio necesario.
Para llevar: A menos que se necesite la conformabilidad extrema del Grado 1, el Grado 2 es casi siempre la opción más económica para la contención de la presión debido a su superior relación resistencia-peso en los cálculos del código.
Guía de fabricación: Trabajar con el material
La elección entre Grado 1 y Grado 2 a menudo se reduce a cómo se fabricará la pieza. La realidad del taller puede ser muy distinta de la teoría de la oficina de diseño.
1. Conformado en frío y radio de curvatura
Este es el territorio del Grado 1. Debido a su elevado alargamiento y a su menor contenido en oxígeno, el Grado 1 posee una excelente ’embutibilidad profunda“.”
- Grado 1: A menudo puede doblarse hasta un radio de 1T a 1,5T (donde T es el espesor del material) sin agrietarse. Es el material preferido para las placas de los intercambiadores de calor de placas y bastidores, que sufren grandes deformaciones.
- Grado 2: Normalmente requiere un radio de curvatura generoso de 2T a 2,5T. Si se intenta embutir el Grado 2 en una forma compleja para el Grado 1, es probable que se produzca una “piel de naranja” (rugosidad de la superficie) o un agrietamiento inmediato.
2. Mecanizado: El factor “gomoso
En contra de la intuición, el Grado 1, más “blando”, puede resultar más difícil de mecanizar que el Grado 2. Como el Grado 1 es tan dúctil, tiende a ser “gomoso”. El material no se desprende limpiamente, sino que se acumula en el filo de corte (Built-Up Edge o BUE).
- Consejo de mecanizado: Al mecanizar el Grado 1, utilice herramientas de metal duro afiladas, ángulos de desprendimiento positivos elevados y abundante refrigerante para evitar la acumulación de calor y el gripado. El grado 2 se comporta ligeramente más como el acero inoxidable y ofrece un mejor control de la viruta.
3. Soldabilidad
Ambas calidades son excelentes candidatas para la soldadura. Al tratarse de aleaciones alfa monofásicas, no sufren los problemas de agrietamiento térmico habituales en algunas aleaciones de acero. No obstante, el blindaje contra gases no es negociable. El titanio fundido absorbe instantáneamente el oxígeno y el nitrógeno del aire. Sin el respaldo de argón adecuado (blindaje), una soldadura de Grado 1 se volverá quebradiza y se agrietará, convirtiéndose esencialmente en “Grado 100” debido a la contaminación por oxígeno.
Práctica crítica de la soldadura: Conseguir una soldadura de titanio de alta integridad requiere algo más que gas de protección argón. Requiere:
-
Escudos de arrastre y gas de apoyo: Para proteger el baño de soldadura fundido y los puntos críticos 400°C+ (750°F+) zona afectada por el calor de la contaminación atmosférica hasta que se enfríe lo suficiente.
-
Limpieza meticulosa: Todas las superficies, alambres de relleno y herramientas deben estar libres de aceite, grasa, humedad y huellas dactilares. Cualquier residuo orgánico se descompondrá en el arco, introduciendo hidrógeno (causando porosidad) y carbono (causando fragilización).
-
Argón de alta pureza: El gas de protección debe ser de alta pureza (normalmente 99,998% o mejor) con bajo punto de rocío para evitar la introducción de humedad.
Escenarios de aplicación: ¿Cuándo utilizar Which?
Elija Grado 1 Cuando:
- Se requiere un dibujo profundo: Fabricación de intercambiadores de calor de placas, chapas onduladas o paneles arquitectónicos complejos.
- Revestimiento explosivo: Adherir titanio a placas de acero (la ductilidad ayuda a absorber el choque explosivo).
- Máxima resistencia a la corrosión: En entornos extremadamente marginales, donde el contenido de hierro ligeramente inferior (0,20% frente a 0,30%) podría teóricamente retrasar la corrosión por grietas, aunque esto es poco frecuente.
Elija Grado 2 Cuando:
- Fabricación general: Tuberías, bridas, accesorios y válvulas.
- Recipientes a presión: Tanques y reactores en los que el cumplimiento del código ASME dicta el grosor de la pared.
- Forro: Revestimiento suelto de depósitos de acero en los que el titanio es principalmente una barrera contra la corrosión, no un miembro estructural.
- La disponibilidad importa: Necesita que le entreguen mañana hojas de tamaño estándar.
Advertencia crítica: La trampa del “Grado 5
Un error común cometido por los ingenieros noveles es mirar la resistencia del Grado 2 (345 MPa), encontrarla demasiado baja e inmediatamente saltar a Grado 5 (Ti-6Al-4V), con una resistencia a la tracción de casi 900 MPa.
No lo haga sin validar su proceso de conformado.
El grado 5 es una aleación alfa-beta. Es increíblemente fuerte pero posee conformabilidad mínima en frío. El curvado en frío de tubos o chapas de Grado 5 es difícil, e intentarlo provocará su rotura. Si necesita una resistencia mayor que la del Grado 2 pero debe conservar la conformabilidad en frío, considere la posibilidad de Grado 9 (Ti-3Al-2,5V) o simplemente aumentar el grosor de la pared del Grado 2.
Guía de adquisición: Coste y disponibilidad
En ‘Precios por volumen’ suele confundir a los compradores. Lógicamente, se podría suponer que el Grado 1 es más caro porque es ‘más puro’. Aunque el Grado 1 tiene un precio superior debido a unos controles químicos más estrictos, la diferencia de precio suele deberse a economías de escala.
El grado 2 es el “caballo de batalla” industrial.” Representa la gran mayoría del mercado del titanio CP.
- Stock: Los centros de servicio almacenan toneladas de chapas y placas de grado 2. El grado 1 suele ser un artículo de “pedido especial” o en cantidades limitadas. El Grado 1 es a menudo un artículo de "pedido especial" o se almacena en cantidades limitadas.
- Precio: Debido a su gran volumen de ventas, la categoría 2 suele ser más barata por kilogramo que la 1.
- Estrategia: Si su diseño permite el Grado 2, especifíquelo. Probablemente obtendrá mejores precios y plazos de entrega más cortos. Si especifica el Grado 1 para una brida estándar, es posible que tenga que pagar un sobreprecio y esperar semanas para la producción.
Resumen: Matriz de selección rápida
| Factor de decisión | Elija Grado 1 (UNS R50250) | Elija Grado 2 (UNS R50400) |
|---|---|---|
| Proceso de formación | Embutición profunda, flexión severa (>50% estiramiento). | Laminación, plegado simple, fabricación estándar. |
| Conductor de diseño | Formabilidad / Ductilidad. | Resistencia / Presión nominal ASME. |
| Radio de curvatura | Curvas cerradas (1T - 1,5T). | Curvas generosas (2T - 2,5T). |
| Disponibilidad | Moderado / Bajo (artículos especializados). | Alto (el estándar del sector). |
| Corrosión | Excelente. | Excelente (prácticamente idéntico). |
Preguntas más frecuentes (FAQ)
P: ¿Es magnético el titanio de grado 2?
Tanto el titanio de grado 1 como el de grado 2 son amagnéticos. Esto los hace ideales para equipos de imagen médica (IRM) y carcasas de componentes electrónicos sensibles.
P: ¿Puedo soldar titanio de grado 1 con titanio de grado 2?
R: Sí, son compatibles. Puede soldar el Grado 1 con el Grado 2 utilizando un hilo de aportación adecuado (normalmente ERTi-1 o ERTi-2). La zona de soldadura resultante tendrá propiedades mecánicas intermedias entre los dos.
P: ¿Se oxida el titanio de grado 2?
R: No. El titanio no se “oxida” como el hierro. Forma una película de óxido estable y pasiva que lo hace inmune a la corrosión en agua de mar, cloro húmedo y la mayoría de los ácidos orgánicos.
P: ¿Por qué el Grado 2 es más popular que el Grado 1?
R: Ofrece el equilibrio “Ricitos de oro”: suficientemente resistente para uso estructural (a diferencia del Gr1) pero suficientemente moldeable para la fabricación (a diferencia del Gr5), combinado con la máxima disponibilidad en la cadena de suministro.