Justificación. 1. Resumen

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1 Justificación. Con este proyecto quiero dar a entender como es el proceso del titanio como material, y de que manera este material nos beneficia. Comprende su parte teórica lo referente a sus características físicas como químicas, pero su enfoque esta proyectado hacia los métodos de aplicación o utilización en que tipo de tecnología puedo hacer que este material me genere una mejor capacidad, como también la optimización de sus procesos ya que este material también nos lleva a ver que el mayor consumidor es el area de la industria y que a través de ella este material a pasado a ser unos de los pioneros como materia prima para la industria. 1. Resumen He realizado la respectiva investigación sobre el titanio dando a conocer en este proyecto los diferentes usos que podemos realizar con este elemento, ya que el campo que nos ofrece es bastante amplio, debido a que en sus diferentes procesos conoceremos sus aplicaciones y métodos de uso. Es necesario establecer las aplicaciones, procedimientos ya que cada una de ellas consta de diferentes tipos, su método de trabajo, sus aplicaciones, su proceso tecnológico ha engrandecido su uso por lo cual hace de este material uno de los mejores elementos en la industria. Podemos decir es un material estructural que es bastante abundante en la superficie terrestre y hace parte de uno de los diez elementos en la gama de los elementos industriales, no se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, su utilización se ha generalizado con el uso de la ingeniería espacial dando así el salto en la tecnología espacial ya que es una material bastante resistente. Reactividad química con otros materiales a elevadas temperaturas, esto hace necesario el desarrollo de técnicas convencionales de refinado fusión y colado. Sus efectos en la salud no es clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos, y en los efectos ambientales presenta baja toxicidad y en él no se han encontrado ambientales negativos. Su mayor uso se encuentra en la industria aeroespacial y en la industria química pero otro tipo de industria hace de este elemento parte de su materia prima como la industria energética, industria militar, la industria automovilística, y en la relojería. [Escribir texto] Página 1

2 Este metal por su alto costo hace que su proceso de tratamiento se incremente y sea bastante costoso por lo cual la construcción de elementos a base de este metal sean de gran calidad ya que su proceso puede definirse como un proceso optimo que se caracteriza por su calidad y maleabilidad esto hace parte de sus propiedades. Conceptos claves Aleaciones, procedimientos, tratamientos térmicos, soldadura, fundición, características uso en la industria, efectos ambientales y en la salud. Objetivos generales. 1. Conocer la importancia de este material mediante el estudio de nuevas tecnologías los cuales tienen como fin el crecimiento tecnológico y científico; esto aplicándolo a la industria ideando nuevas tecnologías capaces de desarrollar una mejoría compleja en la utilización o proceso de este elemento. Objetivos específicos 1. Determinar que la información expresada nos lleve a la total comprensión de los procesos que se llevan a cabo con este material. 2. analiza e identifica los diferentes procesos que se llevan a cabo para extracción, fundición y métodos de uso del material. 3. Determinar que los conceptos establezcan total comprensión y desarrolle, nuevos métodos de aplicación hacia nuevas tecnologías. [Escribir texto] Página 2

3 Introducción. Es importante entender que este elemento es uno de los pioneros en las grandes industrias, por sus características se ha convertido en un elemento de los que priman por su grandes capacidades y usos ya que ha llegado a ser en la industria como un elemento que ha aportado grandes avances tecnológicos y científicos. El objetivo principal es el de tratar de comprender que tanto conocimiento tenemos del uso, características, de un elemento llamado titanio el cual en su uso domestico busca el suplir necesidades; como también los avances que se han desarrollado y en los cuales han permitido avanzar en el campo tecnológico llegando así al avance de nuevas tecnologías ampliando su campo de desarrollo y estructural. Es preciso determinar que el titanio es una gran alternativa en la industria ya que muchas de ellas han desarrollado nuevos avances y han determinado que este elemento genera una nueva posibilidad de desarrollo y crecimiento. Características químicas: El titanio es un Elemento químico de símbolo Ti y Numero atómico 22. Se trata de un metal de transición de color gris plata. Comparado con el Acero, metal con el que compite en aplicaciones técnicas, es mucho más ligero (4,5/7,8). Tiene alta resistencia a la corrosión y gran resistencia mecánica, pero es mucho más costoso que el acero, lo cual limita su uso industrial. Información general NOMBRE: SIMBOLO: TI NÚMERO: 22 SERIE QUIMICA: METALES DE transición Grupo : 4 Periodo: 4 Bloque: d Densidad 4500kg/m3 Dureza Mohs: 6 Apariencia: plateado. [Escribir texto] Página 3

4 Características químicas Se encuentra en forma de óxido, en la escoria de ciertos minerales y en cenizas de animales y plantas. Presenta dimorfismo, a temperatura ambiente tiene estructura hexagonal compacta (hcp) llamada fase alfa. Por encima de 882 C presenta estructura física centrada en el cuerpo (bcc) se conoce como fase beta. La resistencia a la corrosión que presenta es debida al fenómeno de pasivacion que sufre (se forma un óxido que lo recubre). Es resistente a temperatura ambiente al ácido sulfúrico (H 2 SO 4 ) diluido y al ácido clorhídrico (HCl) diluido, así como a otros ácidos orgánicos, también es resistente a las bases, incluso en caliente. Sin embargo se puede disolver en ácidos en caliente. Asimismo, se disuelve bien en acido fulclirico (HF), o con fluoruros en ácidos. A temperaturas elevadas puede reaccionar fácilmente con el nitrógeno, el oxigeno, el hidrogeno, el boro y otros no metales. Sus iones no tienen existencia a ph básicos. Yacimiento: Es un metal abundante en la naturaleza; se considera que es el cuarto metal estructural más abundante en la superficie terrestre y el noveno en la gama de metales industriales. No se encuentra en estado puro sino en forma de óxidos, en la escoria de ciertos minerales de hierro y en las cenizas de animales y plantas. El titanio es un metal tan fuerte como el acero, pero un 45 por ciento más ligero y resistente a altas temperaturas. Características físicas Entre las características físicas del titanio se tienen las siguientes: Es un metal de transición Ligero: su densidad o peso específico es de 4507 kg/m3. Tiene un punto de fusión de 1675 C (1941 k) La masa atómica del titanio es de 47,867 u. Es de color plateado grisáceo. Es paramagnético, es decir, no se imanta debido a su estructura electrónica. Abundante en la naturaleza. reciclable. Forma aleaciones con otros elementos para mejorar las prestaciones mecánicas. Es muy resistente a la corrosión y oxidación refractario. Poca conductividad térmica y eléctrica: No es muy buen conductor del calor ni de la electricidad. [Escribir texto] Página 4

5 Dióxido de titanio El dióxido de titanio se utiliza mucho como un pigmento blanco en pinturas exteriores por ser químicamente inerte, por su gran poder de recubrimiento, su opacidad al daño por la luz UV y su capacidad de auto limpieza. El dióxido también se ha empleado como agente blanqueador y opacador en esmaltes de porcelana, dando un acabado final de gran brillo, dureza y resistencia al ácido. El dióxido de titanio, TiO 2, se encuentra comúnmente en una forma negra o de color castaño conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la naturaleza son la anatasita y la brooquita. Tanto el rutilo como la anatasita puros son de color blanco. El óxido básico negro, FeTiO 3, se encuentra en forma natural como el mineral llamado ilmenita; éste es la principal fuente comercial del titanio. Efectos del titanio sobre la salud. El titanio elemental y el dióxido de titanio tienen un nivel bajo de toxicidad. Animales de laboratorio (ratas) expuestos a dióxido de titanio por inhalación han desarrollado pequeñas áreas localizadas de polvo oscuro depositado en los pulmones. Una exposición excesiva en los humanos puede resultar en ligeros cambios en los pulmones. Efectos de la sobre-exposición al polvo de titanio: La inhalación del polvo puede causar tirantez y dolor en el pecho, tos, y dificultad para respirar. El contacto con la piel y los ojos puede provocar irritación. Vías de entrada: Inhalación, contacto con la piel, contacto con los ojos. Carcinogenicidad: La agencia internacional para la investigación del cáncer (IARC) ha incluido el dióxido de titanio en el grupo 3 (el agente no es clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos). Efectos ambientales del Titanio Baja toxicidad. [Escribir texto] Página 5

6 Y SUS ALEACIONES Son aleaciones relativamente nuevas que poseen una extraordinaria combinación de propiedades. El metal puro tiene una relativamente baja densidad (4.5 g/cc) y alto punto de fusión (1668ºC) y alto modulo elástico. Las aleaciones de titanio son extremadamente fuertes y altamente dúctiles y fácilmente forjadas y maquinadas. La principal limitación del titanio es su reactividad química con otros materiales a elevadas temperaturas, Esto hace necesario el desarrollo de técnicas no convencionales de refinado, fusión y colado. Consecuentemente las aleaciones de titanio son muy costosas. A temperatura ambiente la resistencia a la corrosión del titanio es inusualmente alta. Ellas son virtualmente inmunes al ambiente marino, y una amplia variedad de ambientes industriales. Son comúnmente usadas en estructuras de aeroplanos, vehículos espaciales y las industrias químicas y del petróleo. Aleaciones de titanio: Comercial y técnicamente existen muchas aleaciones de titanio porque no hay una norma muy rígida sobre las mismas. Sin embargo las aleaciones más conocidas son las siguientes y se conocen por el grado que tienen. Ti grado 2, tiene la siguiente composición química: TiFe(0,25-0,30) Es conocido como titanio comercial puro. Tiene una resistencia a la tracción de 345 MPa, un límite elástico de 275 MPa, una ductilidad del 20% una dureza de 82 HRB una excelente soldadura y una resistencia eléctrica de 0,56 (μωm). Sus principales aplicaciones son donde se requiere resistencia a la corrosión y conformabilidad ( Tuberías, intercambiadores de calor, etc) [Escribir texto] Página 6

7 Ti grado 5, conocido como Ti6Al4V, tiene un porcentaje del 6% de aluminio y un 4% de vanadio. Es la aleación de titanio más utilizada, sobretodo en el campo de la aeronáutica y en otros, como el de la biomedicina o la estomatología. Tiene una resistencia a la tracción de 896 MPa, un límite elástico de 827 MPa, una ductilidad del 10% una dureza de 33 HRB una soldabilidad muy buena y una resistividad eléctrica de 1,67 (μωm). Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia mecánica y altas temperaturas ( tornillería y piezas forjadas) Ti grado 19: tiene la siguiente composición química Ti 3 Al 8 V 6 Cr 4 Zr 4 Mo (Beta-C) Tiene una resistencia a la tracción de 793 MPa, un límite elástico de 759 MPa una ductilidad de 15% una dureza de 45 HRB una soldabilidad regular y una resistividad de 1,55 (μωm). Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia a la corrosión y a la temperatura ((Aplicaciones marinas y motores de aviones) Ti6246: Tiene la siguiente composición química: Ti 6 Al 2 Sn 4 Zr 6 Mo, Tiene una resistencia a la tracción de 1172 Mpa, un límite elástico de 1103 Mpa una ductilidad del 10% una dureza de 39 HRB una soldabilidad limitada y una resistividad eléctrica de 2 (μωm) Sus aplicaciones son donde se requiera alta resistencia mecánica obtenida por temple. Aleación a base de titanio que contiene aluminio, vanadio, molibdeno, cromo, hierro, zirconio, carbono y oxígeno, caracterizada porque los componentes de la aleación están contenidos en la siguiente proporción, % en masa: Aluminio 2, 2-3, 8; Vanadio 4, 5-5, 9; Molibdeno 4, 5-5, 9; Cromo 2, 0-3, 6; Hierro 0, 2-0, 8; Zirconio 0, 01-0, 08; Carbono 0, 01-0, 25; Oxígeno 0, 03-0, 25 y Titanio el resto. Tratamientos del titanio Tratamiento termoquímico: nitruración El tratamiento termoquímico de nitruración del titanio puro y de la aleación Ti 6 Al 4 V produce una capa lisa y homogénea, con incrementos de la dureza superficial de hasta un 500% respecto al material no tratado. La capa de nitruros formada tiene un espesor de 2-3 mm, en tres horas de tratamiento, formada por pequeños granos de nitruros con diámetros del orden de los nm. El componente principal de la capa es nitruro de titanio (Ti 2 N) [Escribir texto] Página 7

8 Este tipo de tratamiento tiene gran utilidad en las aplicaciones biomédicas del titanio y en los componentes de motocicletas y automóviles de competición: bielas, válvulas, etc. Las piezas a tratar se colocan en una cámara en vacío y son sometidas a una temperatura de 500 C. Se inyecta nitrógeno, que en contacto con iones de titanio, reaccionan para formar nitruro de titanio, presentando al final del proceso un color dorado. Con esta técnica la dureza superficial puede aumentar hasta 2600 HRB. las piezas nitruradas tienen una gran resistencia a la corrosión. Aplicaciones del titanio. Aplicaciones biomédicas: titanio quirúrgico El titanio es un metal biocompatible, porque los tejidos del organismo toleran su presencia sin que se hayan observado reacciones alérgicas del sistema inmunitario. Esta propiedad de biocompatibilidad del titanio unido a sus cualidades mecánicas de dureza, ligereza y resistencia han hecho posible una gran cantidad de aplicaciones de gran utilidad para aplicaciones médicas, como prótesis de cadera y rodilla, tornillos óseos, placas anti trauma e implantes dentales, componentes para la fabricación de válvulas cardíacas y marcapasos, gafas, herramental quirúrgico tales como bisturís, tijeras, etc., y también la gran cantidad de piezas llamadas piercing. [Escribir texto] Página 8