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Titanio versus acero: ¿cuál es mejor para su proyecto?

Explore las diferencias entre el titanio y el acero: sus propiedades, aplicaciones y factores a considerar para sus necesidades de fabricación.
HITOP / Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/es/titanio-vs-acero/" title="Titanio versus acero: ¿cuál es mejor para su proyecto?">Titanio versus acero: ¿cuál es mejor para su proyecto?

Los mejores materiales de fabricación no sólo son fuertes, duraderos y tienen un precio razonable. Dos de estos materiales con alta resistencia y resistencia a la corrosión son titanio y acero. Seleccionar uno sobre otro puede resultar difícil debido a sus cualidades similares. 

Acero de titanio que es mejor

Las necesidades únicas del proyecto serán el factor determinante para eligiendo el mejor metal. Conocer las propiedades de estos metales es fundamental para tomar la decisión correcta. Hablando de apariencia, el titanio luce mejor que el acero. Pero debido a que es un metal natural (0,63% de la corteza terrestre), el precio es más alto. El acero, por otro lado, es una aleación de hierro y carbono. Es accesible con facilidad y proporciona estabilidad estructural. 

El titanio es biocompatible por lo que puede utilizarse en procedimientos médicos. Sin embargo, procesarlo puede resultar difícil debido a su alto punto de fusión. El acero es fácil de procesar debido a su bajo alargamiento de rotura. Dado que el acero es una aleación, sus propiedades pueden alterarse con variaciones en el contenido de carbono. Profundizaremos en detalles sobre las características del acero y el titanio para ayudarlo a elegir el material correcto para el proyecto. 

Comprender el titanio y sus propiedades 

El titanio es un elemento natural. Este elemento gris plateado es conocido por propiedades como alta resistencia, baja densidad y resistencia a la corrosión. Una propiedad notable del titanio es su alto punto de fusión, lo que lo hace duradero y robusto. 

El alto punto de fusión también tiene una desventaja: hace que el procesamiento sea más difícil y costoso. Además de los costos de procesamiento, el titanio sólo se puede utilizar en proyectos de alto presupuesto porque está disponible en cantidades limitadas. 

Una forma de evitar costes elevados es utilizar aleaciones de titanio con hierro y aluminio. Estas aleaciones constituyen una buena opción para automóviles, equipos marinos y la industria aeroespacial. 

Propiedades del titanio: 

  • La resistencia del titanio es el doble que la del acero con bajo contenido de carbono y el triple que la del aluminio.
  • Es ligero y resistente en comparación con otros metales. 
  • El titanio es brillante. 
  • Es menos expandible y no cambia de forma con altas temperaturas o cambios repentinos de temperatura.
  • El titanio no se corroe fácilmente, lo que prolonga la vida útil del equipo y la infraestructura. 
  • Si bien es fuerte, el titanio sigue siendo flexible y se dobla fácilmente para adoptar formas deseables. 
  • El metal es más adecuado para su uso en la industria marina, ya que puede resistir el agua de mar y sufrir el impacto más insignificante. 
  • El titanio constituye una elección segura y cómoda en equipos médicos, ya que es cómodo al tacto.
  • Es un material versátil que se puede utilizar en proyectos de varios tamaños. 

Pros y contras del titanio

Hemos enumerado los pros y los contras del titanio para comprender su impacto en la fabricación. 

Ventajas: 

  • El titanio es resistente a la corrosión, lo que lo hace ideal para uso en exteriores. Estas propiedades resistentes a la corrosión provienen de una fina capa de óxido en la superficie debido a la exposición al aire. Esta capa no permite que nada penetre en el metal. 
  • El titanio tiene un punto de fusión muy alto, de alrededor de 1668 °C, lo que lo hace perfecto para motores a reacción, equipos médicos y máquinas de turbina. 
  • Es un elemento no tóxico tanto para los animales como para los humanos; por tanto, tiene una gran ventaja en uso médico. Puede usarse para reparar huesos y colocar aparatos dentales. Como es fuerte, puede soportar los requisitos de resistencia. 
  • El cambio de temperatura no afectará al titanio; por tanto, puede soportar temperaturas extremas. Por tanto, la integridad estructural de un componente seguirá siendo la misma. 
  • El titanio tiene una alta relación resistencia-peso, por lo que se pueden fabricar componentes pequeños con alta resistencia.

Contras: 

  • El titanio tiene un costo elevado y recuperarlo es un proceso largo y difícil. 
  • Puede deformarse ya que tiene un módulo de elasticidad bajo. 
  • La baja relación tensión-deformación dificulta el procesamiento y el mecanizado. 
  • Su alto punto de fusión dificulta la fundición de los componentes deseados. 
  • También es caro extraer titanio de la tierra. 
  • El proceso de extracción puede causar daños ambientales, como la erosión del suelo. 
  • Las diferentes etapas de producción del titanio hacen que su procesamiento sea costoso y complicado. 

Comprender el acero y sus propiedades 

El acero es una aleación de hierro que se utiliza en infraestructuras modernas y máquinas fabricadas. Además del hierro, contiene carbono hasta 2%. El acero también puede contener manganeso, silicio y níquel en una composición inferior a 1%. 

Cuando el contenido de carbono es alto, el acero es duro y resistente pero menos dúctil. El acero con bajo contenido de carbono es más maleable y se puede soldar fácilmente. Estas propiedades específicas, debido a diferentes composiciones, son útiles en la construcción y la fabricación. 

A continuación se muestran algunas propiedades del acero que lo convierten en un material valioso:

  • El acero tiene una alta resistencia a la tracción, lo que le permite soportar cargas pesadas en máquinas y edificios.
  • La alta resistencia a la compresión garantiza que el acero pueda resistir la deformación.
  • El procesamiento del acero es sencillo y se puede laminar, doblar, soldar y fundir. Las aplicaciones de la vida diaria pueden variar desde la fabricación de instrumentos quirúrgicos hasta enormes plataformas marinas.
  • Los artículos fabricados en acero son reciclables. Este aspecto de sostenibilidad la convierte en una opción respetuosa con el medio ambiente.
  • El acero puede resistir el desgaste. También es una opción rentable para aplicaciones a largo plazo.
  • Al ser una aleación de hierro y carbono, el acero no arde. 
  • El acero y su aleación ofrecen una alta estabilidad térmica. 
  • El acero es una apuesta segura para que las construcciones sean resistentes al fuego.

Pros y contras del acero

A continuación se presentan algunas ventajas y desventajas del uso de acero en la fabricación. 

Ventajas:

  • El acero tiene un costo bajo debido a su fácil procesamiento y fabricación. 
  • Es un material de construcción duradero que puede soportar grandes fuerzas manteniendo la resistencia estructural. 
  • El acero es una opción sostenible ya que es fácil de reciclar incluso después de haber sido utilizado varias veces. 
  • La maleabilidad y ductilidad del acero facilitan su personalización y combinación con otros materiales.
  • El acero es una aleación de metal inerte, por lo que no se corroe ni reacciona con productos químicos. 
  • Varias aleaciones de acero con diferentes características pueden soportar diferentes condiciones climáticas. 

Contras: 

  • El acero pierde resistencia a altas temperaturas. 
  • Las estructuras de acero pueden colapsar y arder si están demasiado calientes.
  • El acero requiere un mantenimiento anual con revestimientos superficiales ya que puede perder resistencia. 
  • Una fina lámina de acero puede doblarse bajo tensión. 
  • Es posible que el acero no luzca agradable sin el acabado de la superficie. 

Titanio vs. Acero

Hemos comparado los dos materiales en detalle a continuación. 

Composición

El titanio se encuentra naturalmente en el medio ambiente. Lo encontrarás en dos formas: puro y aleado. El titanio puro está disponible en cinco isótopos: titanio-46 (8,0 %), titanio-47 (7,3 %), titanio-48 (73,8 %), titanio-49 (%) y titanio-50 (5,4 %). Como agente de aleación, se combina con varios metales y no metales. 

El acero, por otro lado, es un metal fabricado por el hombre. 

Es decir, es una aleación que se fabrica utilizando principalmente dos metales: hierro y carbono. Un ejemplo de esto es el acero dulce, que es hierro 99%, carbono <.25%, manganeso 0.25%, trazas de azufre y fósforo. También hay que señalar que diferentes fabricantes utilizan otros elementos para crear diferentes grados de acero. 

Apariencia

El titanio es de color blanco plateado en comparación con el acero, y el acero parece gris mate o moteado a simple vista. El acero también es conocido por su brillo metálico, que no se encuentra en el titanio puro. 

Durabilidad 

El titanio es muy tolerante al agrietamiento o la flexión. Tampoco es propenso a rayarse fácilmente, por lo que puede durar toda la vida. Cuando se utilizan para hacer joyas, los engastes de piedras preciosas en titanio no se aflojan en gran medida. No sólo esto, la alta resistencia del titanio ayuda a los joyeros a intentar incrustar piedras delicadas en él, algo imposible con metales más blandos. 

Se ha descubierto que el acero es más duradero que el titanio. Esta propiedad se puede atribuir a la isotropía, lo que significa que tiene las mismas propiedades mecánicas y térmicas en todas las direcciones, lo que también lo hace resistente a elementos externos agresivos. Un ejemplo de esto son los edificios de acero de Arizona; Estas estructuras han estado soportando los fuertes vientos de Arizona durante mucho tiempo.   

Resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción del titanio puro varía entre 275 y 590 MPa y depende del contenido de oxígeno y hierro. Cuanto mayor sea el contenido de oxígeno y hierro, mayor será la resistencia a la tracción. Para los grados de aleación de titanio, la resistencia a la tracción varía mucho y puede oscilar entre 600 MPa (que se encuentra en Ti-3A1-2.5V) y 1250 MPa (que se encuentra en Ti-15Mo-5Zr-3AI).

En comparación con el titanio, se encontró que la resistencia a la tracción del acero era mayor. Por ejemplo, el acero utilizado en la construcción tiene una resistencia a la tracción de 36 000 a 50 000 psi y puede alcanzar hasta 58 000 a 70 000 psi. 

Rendimiento a la tracción

Cuando se trata de comparar el rendimiento a la tracción, el acero es sorprendentemente más resistente que el titanio. Sabemos que el titanio es más fuerte; sin embargo, es capaz de hacerlo con la mitad del peso del acero. Por lo tanto, la resistencia por unidad de masa puede ser mayor para el titanio, pero el acero y sus aleaciones son más fuertes. Así que si el diseño requiere un metal de alta resistencia, el acero es la opción ideal. 

Precio

El coste de producción de titanio es mayor, razón por la cual este metal es más caro que el acero. De hecho, las complejidades de su fabricación lo han hecho entre 20 y 40 veces más costoso que el acero. El acero requiere menos procesamiento, pero se observa una variación de precio en diferentes grados. 

Densidad

Como sabemos, el titanio es un metal ligero; su densidad tampoco es muy elevada y se sitúa en aproximadamente 4540 kg/m3. 

El acero es más denso debido a los componentes de la aleación. Generalmente está entre 7.750 y 8.050 kg/m3, o 7,75 y 8,05 g/cm3.

Elongación por rotura:

El alargamiento por rotura es la longitud que alcanza un material justo antes de fracturarse. El titanio es capaz de estirarse hasta la mitad de su longitud antes de fracturarse. Hace que el titanio sea difícil de procesar ya que no se rompe fácilmente pero sigue estirándose cuando se aplica fuerza. 

Dado que se pueden crear aleaciones de acero para obtener la resistencia y flexibilidad deseadas, se vuelven más fáciles de procesar con un bajo alargamiento antes de fracturarse. La fractura del material permite roturas fáciles y limpias durante el procesamiento. 

Factores a considerar al elegir el material

La elección entre titanio y acero dependerá de varios factores. A pesar de su gran resistencia, ambos materiales tienen sus particularidades. El acero es mejor en cuanto a resistencia y es más asequible. El titanio tiene una buena relación peso-resistencia para proyectos livianos. Aquí hay algunas cosas a considerar antes de tomar una decisión. 

  • Fuerza necesaria
  • Presupuesto del proyecto
  • Peso de diseño
  • Facilidad en la producción
  • Vida útil de la materia prima.
  • Requisito de aleación
  • Durabilidad 
  • Resistencia a la corrosión

¿Cuándo utilizar titanio?

El titanio es liviano y tiene una resistencia sustancial; por lo tanto, puede utilizarse en la industria aeroespacial y en equipos médicos. También es menos reactivo y resistente a la corrosión. Las características de biocompatibilidad lo hacen adecuado para uso médico. Además, el material no reaccionará ni fallará cuando se utilice en la industria marina y en el procesamiento químico. Para maquinaria que tiene cambios inesperados de ambiente y temperatura, el titanio es una opción ideal. 

¿Cuándo utilizar acero?

Cuando el presupuesto es limitado, el acero es la mejor opción porque es más rentable. Los costes de procesamiento también se pueden reducir ya que el acero es fácil de procesar. También tiene una variedad de aleaciones disponibles para elegir. El coste del producto final también será más asequible. El acero puede utilizarse en máquinas, construcción y fabricación de automóviles.

Por otro lado, el acero puede no ser ideal para uso médico o la industria aeroespacial ya que no es biocompatible. Además, pesará más; por tanto, no será útil para la industria aeroespacial. 

Terminando 

Ahora ya conoces los pros y los contras del titanio y el acero y sus diferentes propiedades. El acero es excelente para la fabricación y la construcción y, al mismo tiempo, es más asequible. El titanio tiene una alta resistencia y es adecuado para equipos médicos de precisión o diseños estéticamente agradables. Considere los requisitos del proyecto y estudie el impacto de estos materiales. Elige el que se adapta a todos los parámetros para obtener el mejor resultado. 

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