1. Taller de materiales para la
industria aeroespacial
Instituto tecnológico de
Chihuahua
INGENIERIA EN MATERIALES
Ing. Pedro Zambrando Bojorquez
Miriam Dallanne Villalobos Acosta 15060735
05/02/19
2. Taller de materiales para la industria aeroespacial
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Objetivo
• Hacer un recopilado con los datos mas veraces de la industria aeroespacial
• Comprender el uso específico de cada uno como ingeniero en materiales
Introducción
Los conceptos fundamentales y los enfoques de la ingeniería aeroespacial se destacan a través
de conferencias sobre aeronáutica, astronáutica y diseño. Conforme aumenta la demanda de
los sectores económicos y transporte debido al aumento de población, se buscan maneras cada
vez mas eficientes y de bajo coste para poder equiparar el avance agigantado que se da año
con año. Conforme a esto, se buscan materiales cada vez mejores para las diversas
aplicaciones, en este trabajo se expondrán los materiales mas utilizados en la industria
aeroespacial y aeronáutica.
Contenido
Objetivo.....................................................................................................................................1
Introducción ..............................................................................................................................1
Mas usos específicos del titanio en aviones..............................................................................2
Antecedentes.........................................................................................................................2
Alotropía del titanio ................................................................................................................2
Titanio, ayer y hoy..................................................................................................................2
Transformaciones del titanio .....................................................................................................2
Información complementaria .....................................................................................................2
Principales productores de Titanio .........................................................................................2
3. Taller de materiales para la industria aeroespacial
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Titanio Mas usos específicos
del titanio en aviones
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Las alas, algunos tornillos
de sujeción, discos de
ventilación, álabes y palas
de turbinas son sólo
algunos de los
componentes estructurales
que utilizan titanio. de
titanio se emplean en
aviones y cohetes
espaciales.
Las hélices de los motores
turbofan son construidos
con una aleación de este
material, aluminio y
vanadio; de igual forma, la
caja negra es producida con
titanio
Las aleaciones alteran la
estructura del titanio
mejorando sus cualidades y
ampliando su variedad de
usos.
La aleación con aluminio y
hierro actualmente es la
más conocida, tiene usos
en la industria médica y
aeroespacial para la
fabricación de prótesis
óseas y aviones.
Introducción al titanio
Antecedentes
El titanio y sus aleaciones están entre los materiales más importantes
con una amplia gama de aplicaciones. Ofrecen una buena
combinación de propiedades, como baja densidad, alta relación de
resistencia-peso, buena biocompatibilidad y excelente resistencia a la
corrosión. Estas excelentes propiedades lo hacen favorito de muchas
industrias que varían entre aplicaciones en tierra, aire y agua. (Perry,
2016).
Todavía hoy el 80 por ciento del uso del Ti es aeroespacial (motores,
rotores de helicópteros, recipientes criogénicos de altas presiones de
los cohetes, remaches), a pesar de que su empleo se ha extendido a
otros campos como la industria química y alimentaria, la explotación
energética, los implantes médicos (por su biocompatibilidad),
vehículos de transporte, en la arquitectura (exteriores de edificios),
estructuras metálicas en ambientes marinos, y artículos como
herramientas, gafas, llaveros, relojes, etc. (Shackelford, 2005).
El titanio posee baja densidad, alta temperatura de fusión, resistencia
a la corrosión, bajo calor específico y conductividad térmica (la menor
de todos los metales), y bajo coeficiente de dilatación. Es ligeramente
paramagnético. Los ciclos térmicos pueden provocar cambios
dimensionales importantes (Shackelford, 2005) Estas características
son necesarias en aviones veloces, donde el calentamiento de la
estructura debido a la fricción del aire es importante.
4. Taller de materiales para la industria aeroespacial
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Algunas alas de los aviones encuentran condiciones extremas de calor
aún más graves, sobre todo en los aviones que viajan más rápido que
la velocidad del sonido.
Fig 1 y 2. Comparación de la cantidad de titanio en dos aviones diferentes, tal y como se ve en un avión
supersónico, hay mas presencia de titanio.
Alotropía del titanio
El titanio experimenta transformaciones alotrópicas, HCP a baja
temperatura (alfa) y arriba de 882°C BCC (beta), que permiten realizar
tratamientos con transformación total.
Titanio, ayer y hoy.
Las aleaciones de titanio están teniendo cada vez una mayor
presencia en el ámbito industrial, preferentemente por el aumento de
su utilización en el sector aeronáutico, que se prevé será aún mayor
en un futuro próximo. (P.J. Arrazola, 2013)
Fig 3. Grafica de aumento de uso de titanio en avión/kt
Transformaciones del
titanio
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Las aleaciones del titanio
poseen 3 tipos de
estructura cristalina.
• Alfa (α): Tiene aplicación
en motores turborreactores.
La razón es que tiene gran
resistencia a la fluencia,
muy resistente a la
corrosión, se suelda bien
pero su ductilidad es baja.
• Beta(β): Es ideal para
piezas sometidas a grandes
cargas (tren de aterrizaje).
Tiene gran resistencia
mecánica y a la fatiga.
• Alfa y beta (α + β):
propiedades intermedias
entre ambas, buena
ductilidad y forjabilidad
excelente, sirve para
aplicaciones muy
específicas. Aleaciones
más usadasTi 6Al 4V y la Ti
6Al 2Sn 4Zr 6Mo
(Avner, 1997)
Nota: La mitad de los
pedidos que hacen los
fabricantes de aviones y
motores de aleaciones de
titanio es de Ti 6Al 4V.
5. Taller de materiales para la industria aeroespacial
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Tendencia de los materiales conforme a los años
Fig 4. Materiales de un avión a través del tiempo
Para obtener un incremento continuo se investigando en materiales
más ligeros y resistentes a la vez. Reducir la densidad de los
materiales es el camino más eficiente para aminorar el peso de las
aeronaves. Lo complejo reside en desarrollar nuevos materiales
avanzados con mejores propiedades. El futuro va por las
superaleaciones y los materiales compuestos, así que el uso de este
metal como se ve en la figura 4, se va sustituyendo por materiales
compuestos y super aleaciones basadas en el mismo. (Arechaga,
2012).
Principales productores de Titanio
Mayores productores de titanio en el mundo
Fig 5. Mapa mundial de exportaciones de titanio (Fuente: Comtrade) (Actualitix, 2016)
Los principales exportadores de Titanio son los Estados Unidos ($1,87
Miles de millones), Rusia ($572 Millones), Japón ($548 Millones),
Alemania ($476 Millones) y el Reino Unido ($435 Millones). Los
principales importadores son Francia ($714 Millones), los Estados
Unidos ($697 Millones), Alemania ($666 Millones), el Reino Unido
($493 Millones) y Japón ($326 Millones). (OEC, 2016)
Información
complementaria
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La tecnología aeronáutica y
del espacio es una de las
principales causas del
crecimiento industrial que
se espera en los próximos
dos decenios.
En los nuevos Airbus 380 y
en el Boeing 787 en
desarrollo, el empleo de
titanio se sitúa entre el 12-
15%, lo cual supone un
incremento importante con
respecto a los modelos
anteriores que se situaba
en el 4-5%. Las aleaciones
de titanio comprenden
aproximadamente el 42%
del peso estructural del
nuevo avión de combate F-
22, lo que supone más de
4.000 kilos. En el avión
comercial, sin embargo, el
Boeing 747-100 tan sólo
contenía el 2,6% de titanio,
mientras que el nuevo
Boeing 777 contiene un
8,3%.
Con el creciente énfasis en
el precio, los materiales de
hoy y de mañana, tendrán
que ser procesados y
fabricados en un entorno
de costos muy competitivo.
