Desarrollo de aleaciones de titanio mediante técnicas pulvimetalúrgicas, para aplicaciones aeronáuticas a elevada temperatura

Abstract

[ES] En la industria aeronáutica se han desarrollado muchas aleaciones de titanio para diferentes propósitos, siendo la más utilizada y la que sirve de referencia la Ti-6Al-4V. Sin embargo, en los últimos años la tendencia ha sido la de trabajar con aleaciones de titanio beta, principalmente de las familias Ti-Mo y Ti-V., debido al mejor desempeño de las mismas a elevadas temperaturas, principalmente en su mayor resistencia frente a la oxidación. Sin embargo, la aplicación de técnicas pulvimetalúrgicas sigue siendo un reto hoy en día para la obtención y desarrollo de estas aleaciones al proporcionar diferentes ventajas, junto a distintas limitaciones. Por ello, se plantea en este trabajo explorar las posibilidades de la técnica con dos aleaciones de titanio beta, de gran uso en este sector, como la Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn y la Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al. Se utilizará la técnica convencional de compactación-sinterización de la mezcla elemental de polvos. Junto a estas, se obtendrán, también, muestras de la aleación Ti6Al-4V, de referencia. De las aleaciones obtenidas se caracterizará su microestructura y se ensayarán a flexión, tracción y micropunzonado para determinar sus propiedades mecánicas a temperatura ambiente, así como su resistencia frente a la oxidación a elevadas temperaturas (700 y 800C). Con ello, el estudiante realizará un trabajo bibliográfico junto a una experimentación en laboratorio que lo pondrá en contacto con diferentes técnicas (difracción de rayos X, microscopía óptica y electrónica de barrido, ensayos mecánicos, perfilometría y otras) que le proporcionarán un saber hacer necesario para el planteamiento de trabajos profesionales futuros.

[EN] In the aeronautical industry, many titanium alloys have been developed for different purposes, being Ti-6Al-4V the most widely used and the one that serves as a reference. However, in recent years the trend has been to work with beta titanium alloys, mainly from the Ti-Mo and Ti-V families, due to their better performance at high temperatures, mainly due to their greater resistance to to oxidation. However, the application of powder metallurgical techniques continues to be a challenge today for obtaining and developing these alloys by providing different advantages, together with different limitations. For this reason, this paper proposes to explore the possibilities of the technique with two beta titanium alloys, widely used in this sector, such as Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn and Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al. . The conventional technique of compaction-sintering of the elemental mixture of powders will be used. Together with these, reference samples of the Ti6Al-4V alloy will also be obtained. The microstructure of the alloys obtained will be characterized and they will be tested for bending, traction and micro-punching to determine their mechanical properties at room temperature, as well as their resistance to oxidation at high temperatures (700 and 800C). With this, the student will carry out bibliographic work together with laboratory experimentation that will put them in contact with different techniques (X-ray diffraction, optical and scanning electron microscopy, mechanical tests, profilometry and others) that will provide them with the necessary know-how. for planning future professional jobs.

[CAT] En la indústria aeronàutica s'han desenvolupat moltes al·leacions de titani per a diferents propòsits, sent la més utilitzada i la que serveix de referència la Ti-6Al-4V. No obstant això, en els últims anys la tendència ha estat la de treballar amb al·leacions de titani beta, principalment de les famílies Ti-Mo i Ti-V., a causa del millor rendiment d'aquestes a altes temperatures, principalment en la seva major resistència front a l'oxidació. No obstant això, l'aplicació de tècniques pulvimetal·lúrgiques continua sent un repte avui dia per a l'obtenció i desenvolupament d'aquestes al·leacions al proporcionar diferents avantatges, al costat de diverses limitacions. Per això, es planteja en aquest treball explorar les possibilitats de la tècnica amb dues al·leacions de titani beta, de gran ús en aquest sector, com la Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn i la Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al. S'utilitzarà la tècnica convencional de compactació-sinterització de la barreja elemental de pols. Al costat d'aquestes, s'obtindran, també, mostres de l'al·leació Ti6Al-4V, de referència. De les al·leacions obtingudes es caracteritzarà la seva microestructura i es provaran a flexió, tracció i micropunçonat per a determinar les seves propietats mecàniques a temperatura ambient, així com la seva resistència front a l'oxidació a altes temperatures (700 i 800 °C). Amb això, per a aquest TFG s'ha realitzat un treball bibliogràfic al costat d'una experimentació en laboratori que abasta diferents tècniques (difracció de raigs X, microscòpia òptica i electrònica de rastreig, assajos mecànics) que proporcionen un saber fer necessari per al plantejament de treballs professionals futurs.