Aleaciones de aluminio, titanio, acero inoxidable y sheet metal, como han sido utilizados a través de la historia

1. 1
Instituto Tecnológico de Chihuahua
Semestre Ene- Jun 2020
Ingeniería en materiales
Taller de materiales para la Industria aeroespacial
Pedro Zambrano Bojorquez
“Evolución de los materiales utilizados en la industria
aeroespacial.”
● Karen Julissa Hermosillo Campos #16060083
● Izhar Horeb Hidalgo Pinedo #15061401
● Paulina Lizbeth Molina Martinez #16060240
23/ Febrero/2020
Objetivos 2

2. 2
Introducción 2
1. Titanio 3
2. Aluminio 4
3. Acero Inoxidable 5
4. Sheet metal 6
Objetivos
1. Analizar y comprender la evolución de los materiales utilizados en la industria
aeroespacial tales como el aluminio, titanio, aceros inoxidables y sheet metal.
2. Realizar una investigación de diferentes fuentes de información para lograr
comprender varios aspectos importantes acerca los materiales anteriormente
mencionados.
3. Analizar cómo estos materiales tienen gran impacto dentro de la industria
aeroespacial debido a sus diferentes propiedades.
4. Analizar cómo es que se han ido mejorando estos materiales debido a su
demanda dentro de esta industria.
Introducción
Hoy en dia vivimos en la era aeroespacial es por ello que los fabricantes de metales
han desarrollado diversos tipos y aleaciones de metales especializados para aviones
comerciales así como también para los nuevos y grandes viajes espaciales.
Los materiales que se utilizan en esta industria son demasiados sin embargo en esta
investigación nos enfocaremos principalmente en materiales tales como titanio,
aluminio, acero inoxidable y sheetmetal pues gran parte de ellos son utilizados en la
construcción de los aviones tanto interior como exterior de estos.
Los metales utilizados para la fabricación de los aviones no tienen que cumplir
solamente con los más altos estándares de calidad si no que también deben de tener
una composición química y propiedades adecuadas para poder enfrentarse a las

3. 3
diferentes situaciones en las que se esté presente es decir deben resistir altas
temperaturas, deben ser resistentes a la corrosión entre otros factores ambientales y
físicos, es por eso que los fabricantes de esta industria se han visto en la necesidad
de realizar mejoras en los materiales a utilizar provocando así cambios constantes
para la mejora continua de los mismos y así poder obtener los materiales más
adecuados para la fabricación de los aviones.
1. Titanio
Los ingenieros aeroespaciales comenzaron a buscar otras soluciones mas del metal
y del aluminio, a la par que las aeronaves de alta velocidad comenzaban a ser más
comunes. El titanio figuró como un material resistente a la corrosión, fatiga y altas
temperaturas que ademas tenia fortaleza. A finales de 1950, la industria comenzó a
utilizar el titanio en pequeñas partes de los motores y en secciones de las aeronaves
que eran expuestas a altas temperaturas, como el carenado y los bordes de ataque
de las alas.
A lo largo de la vida de la industria del titanio numerosas aleaciones han sido usadas,
como por ejemplo Ti-4Al-3Mo-1V, Ti-7Al-4Mo o Ti-8Mn. Pero sin ninguna duda, la
más destacable es la aleación Ti-6Al-4V. La aleación Ti-6Al-4V es única pues sus
propiedades de resistencia, ductilidad, fractura y fatiga son excepcionales al tiempo
que equilibradas.
La aleación Ti-6Al-4V, que acapara el 50% del titanio, fue desarrollada en los años 50
en el Instituto Tecnológico de Illinois, EEUU, que todavía captura una gran parte de
las aplicaciones aeroespaciales de la actualidad. El sector aeroespacial consume el
80% de esta aleación; mientras que las aplicaciones médicas, químicas, automoción
y otras constituyen el 20% restante.
Las propiedades sobresalientes de las aleaciones de titanio incluyen alta resistencia
específica y excelente resistencia a la corrosión. Por lo tanto, las aleaciones de titanio
se encuentran en aplicaciones aeroespaciales donde la combinación de peso,
resistencia, resistencia a la corrosión y / o estabilidad a alta temperatura de aleaciones
de aluminio, aceros de alta resistencia o superaleaciones a base de níquel son
insuficientes ". Los principales impulsores para el uso de titanio en las aplicaciones
aeroespaciales son:
● Reducción de peso (sustituto de aceros y superaleaciones a base de Ni)

4. 4
● Temperatura de aplicación (sustituto de aleaciones AI, superaleaciones a base
de Ni y aceros) resistencia a la corrosión (sustituto de aleaciones de Al y aceros
de baja aleación) galvánica compatibilidad con compuestos de matriz
polimérica (sustituto de aleaciones de Al)
● Limitación de espacio (sustituto de aleaciones de Al y aceros).
En la tabla 1 se puede observar las principales aleaciones del titanio y las aplicaciones
que este tiene.
2. Aluminio
El desarrollo de una aleación Al–1.1Li–4.5Cu–0.5Mn–0.2Cd esta aleación comenzó
en 1920, pero solo se comercializó hasta 1958. Esta aleación fue utilizada en las alas
y cola de la aeronave Northrop RA-5C Vigilante, pero fue retirado en 1960 debido a
su preocupación de falla por parte del material. En paralelo, la Unión Soviética
desarrollaba una aleación Al–1.1Li–5.3Cu–0.6Mn–0.17Cd y Al–2.0Li–5.3 Mg–0.5Mn.
Estas tres aleaciones son conocidas como la primer generación.
En la década de los 70s, se creó un nuevo potencial de estas aleaciones añadiendo
fibras de carbono y estas fueron la segunda generación de aleaciones.
A finales de los 80s y principios de los 90s se continuó desarrollando la tercer
generación que eran otras aleaciones de Al-Li, las cuales se centraron en la aplicación
estructural de la aeronave.
En la actualidad, el uso del aluminio en la aeronáutica ha quedado relegado a partes
muy concretas, como el tren de aterrizaje y ciertos herrajes.
Lo cierto es que en estado puro no presenta buenas propiedades mecánicas.
Además, hasta hace unas décadas era un metal muy caro. No obstante, los avances
en su proceso de obtención y el uso de sus aleaciones supusieron a su auge como
material aeronáutico.
Actualmente las aleaciones predominantes en la industria son conocidas como
duraluminios. Este tipo de aleaciones de aleaciones ofrecen una resistencia
específica mayor que la del acero y mejoran otras propiedades. Algunas de estas
aleaciones de uso aeronáutico pertenecen a las series 2XXX, de aluminio-cobre, y a
la 7XXX, de aluminio-zinc. Hoy en día se abren paso nuevas aleaciones. como las de
aluminio-litio. La tabla 2 muestra la forma en la que es aplicada las aleaciones de
aluminio de diferente forma y en sus diferentes areas.

5. 5
Figura 1. Se muestra uno de los primeros aviones civiles hechos de aluminio, el G24
3. Acero Inoxidable
El uso del acero inoxidable fue utilizado para llevar acabo partes importantes de las
tecnologías ocupadas en el Cohete Altas construido en 1950. Recibiendo el nombre
de “Balones de acero inoxidable” estos cohetes fueron construidos gracias al acero.
La aleación hierro-carbono que da origen al acero es altamente utilizado en esta
industria, ya que ofrece: resistencia, durabilidad, tenacidad y ductilidad.
A principios del siglo pasado algunos científicos, buscando materiales que tuvieran
menos susceptibilidad a la corrosión, observaron que al agregar un poco más de 10%
de cromo al acero común, podían obtener una aleación química que es menos
susceptible a la corrosión, al cual se le llamó acero inoxidable.
Los científicos lograron observar que el cromo forma una película sobre la superficie
del acero cuando está en presencia de oxígeno y esta película actúa muy similar al
proceso de pasivado. Lo que más sorprendió de esto es que si llegara a suceder algún
daño mecánico o químico, la “capa pasiva” se repara por sí sola en presencia del
oxígeno.
Los aceros inoxidables se utilizan en diferentes componentes de aviones porque son
resistentes a la corrosión, a altas temperaturas, a la oxidación y porque mantienen
sus propiedadesmecánicas en un amplio rango de temperaturas. Los materiales para
cada aplicación se seleccionan en función del requerimiento de cada una de estas
variables en un entorno específico de servicio. En la tabla 3 se pueden ver las
aleaciones principales así como sus principales propiedades y su aplicación en la
industria aeroespacial.

6. 6
4. Sheet metal
Con el uso del proceso de fabricación industrial, el sheetmetal se forma trabajando
metal hasta llevarlo a ser piezas planas y delgadas. El sheetmetal es una de las
formas más convenientes para trabajar el metal y puede ser fácilmente reparado y
dimensionado de diferentes formas. Se fabrica una amplia gama de productos con
estas láminas de metal, por lo que es una parte esencial de la industria actual. El
sheetmetal puede variar de grosor. La forma en que se encuentra en el mercado es
en tiras enrolladas o en piezas planas, las bobinas están construidas de manera
continua con Sheetmetal.
Los productos hechos con procesos de formado de láminas metálicas son utilizados
para realizar desde escritorios hasta fuselajes de aviones o latas de bebidas.
En comparación con los productos fabricados por fundición y forja, las piezas de metal
laminado tienen ventaja de poco peso y versatilidad. Por su bajo costo y buenas
características generales de resistencia y facilidad de conformado, el acero al bajo
carbono es el metal en forma de lámina que es más utilizado. Para aplicaciones en
aviones y naves aeroespaciales, los materiales laminados normalmente son el
aluminio y el titanio. Se muestra que en la tabla 2 existe una aplicación principal para
el aluminio en forma de sheet metal.
Tabla 1. Principales aleaciones del titanio
Aleación Características Aplicaciones
Titanio alpha
(5Al- 2.5Sn)
-Excelente resistencia a la
corrosión
-Máximo conformado -
Resistencia limitada
Industria aeroespacial:
-Intercambiadores
térmicos
-Condensadores
-Tubos
-Válvulas
Titanio alpha/beta
(6Al-6V-2Sn)
(7Al-4Mo)
(6Al-4V)
-Se puede reforzar
mediante su trabajo en frío
-Se endurece al ser
tratado con calor
-Buena soldadura
-Material de panal para
aviones
-Tubos sin soldadura
-Fijaciones mecánicas

7. 7
Titanio beta
(13V-11Cr-3Al)
-Relaciones fuerza / peso
sustanciales
-Mejor resistencia a la
oxidación
-Resistencia a
temperaturas elevadas y
resistencia a la fluencia.
Buena formabilidad en frío
y soldabilidad.
Extremadamente
resistente al fluido
hidráulico de la aeronave.
-Enchufe de escape del
motor de aviones
-Conjuntos de boquillas
Tabla 2. Principales aleaciones del aluminio
Producto Aleación/tratamiento Características Aplicación
Sheet
Metal
(aluminio)
2024-T3, 2524-
T3/351
Alta tolerancia a altos
niveles de esfuerzo
Fuselage/Piel de la
aeronave
Placa
(aluminio)
2024-T351, 2324-
T39, 2624-T351,
2624-T39
Cobertor bajo de las
alas,
2024-T62 Buena tolerancia a
niveles de esfuerzos
Paneles tacticos del
fuselaje
2124-T851 Mamparas tácticas
en la aeronave
7050-T7451, 7X75-
T7XXX
Estructura interna
del fuselaje
Forjado 7175-T7351, 7050-
T7452
Alta tolerancia a altos
niveles de esfuerzos
muy altos
Accesorios para
alas/fuselaje
Tabla 3. Principales aleaciones de acero
Aleación Propiedades Aplicaciones
AerMet 100 (Fe-0.23C-
11.1Ni-13.4Co-1.2Mo-
3.1Cr-0.05Ti)
Proporciona alta dureza y
resistencia junto con
extraordinaria resistencia
a la fractura y resistencia a
la corrosión bajo tensión.
Engranajes, tuberia
estructural, ejes de
engranaje, ejes de
manejo, sujetadores,
actuadores, armadura y

8. 8
municiones.
AerMet 310 (Fe-0.25C-
11.0Ni-15.0Co-1.4Mo-
2.4Cr-0.05Ti)
Posee mayor resistencia
que AerMet 100 y puede
usarse en aplicaciones
similares
Componentes que
requieren resistencia ultra
alta, alta tenacidad a la
fractura y resistencia
excepcional a la corrosión
bajo tensión.
AerMet 340 (Fe-0.33C-
12.0Ni-15.60Co-1.85Mo-
2.25Cr)
Posee la mayor fuerza que
los dos anteriores
tubos estructurales, ejes
de transmisión, muelles,
bielas y cigüeñales.
References
Acero Inoxidable. (n.d.). Retrieved from
https://latinamerica.continentalsteel.com/acero-inoxidable/
BlueTypo.com. (n.d.). Aplicainox.org. Retrieved from http://aplicainox.org/
En 100 años, ¿cómo han evolucionado los materiales para aviones? (n.d.).
Retrieved from https://a21.com.mx/aeronautica/2018/05/07/en-100-anos-como-
han-evolucionado-los-materiales-para-aviones
Evolución de los materiales aeronáuticos. (2019, October 22). Retrieved from
https://aertecsolutions.com/2019/04/22/evolucion-de-los-materiales-
aeronauticos/
Home. (n.d.). Retrieved from http://latinamerica.continentalsteel.com/
Metales Utilizados en la Industria Aeroespacial. (n.d.). Retrieved from
https://latinamerica.continentalsteel.com/metales-utilizados-en-la-industria-
aeroespacial/
Peters, M., Kumpfert, J., Ward, C., & Leyens, C. (2003). Titanium Alloys for
Aerospace Applications. Advanced Engineering Materials, 5(6), 419-427.
doi:10.1002/adem.200310095
Precision Strip And Wire. (n.d.). Retrieved from http://www.knight-group.co.uk/

9. 9
Santosnissei. (n.d.). 117 Aleaciones comerciales En la Tabla 13 se muestran
algunas aleaciones. Retrieved from
https://www.coursehero.com/file/p7bgco5/117-Aleaciones-comerciales