Titanio vs aluminio para piezas aeronáuticas y médicas: cómo elegir

Titanio vs aluminio para piezas aeronáuticas y médicas: cómo elegir

El Ti-6Al-4V tiene 4,43 g/cm³ y ofrece 895–930 MPa de resistencia a la tracción; el 6061-T6 tiene
2,70 g/cm³ y ofrece 310 MPa.
Al dividir por la densidad, el orden cambia: el Ti-6Al-4V llega a 202,0–209,9 MPa por g/cm³, el 7075-T6
llega a 203,6 y el 6061-T6 a 114,8. Esa es toda la decisión en una línea — el aluminio 7075-T6 soporta
la misma carga por unidad de peso que el Ti-6Al-4V, con el 40% del coste del material de titanio. La
pregunta nunca es «qué material es más resistente». Es «¿esta pieza necesita la resistencia del titanio y
su comportamiento frente a la corrosión o la biocompatibilidad, o solo su resistencia?»

Dónde es realmente la opción correcta el titanio

Parta del servicio, no de la lista de materiales. El titanio se gana su sitio cuando el entorno de
servicio aporta los argumentos.

Dos filas de «Sí», tres de «Quizá» y tres de «No». Un comprador que elige el titanio tiene que cumplir
una de las dos filas de «Sí» o justificar técnicamente una de «Quizá». Todo lo demás es pagar un
sobreprecio por una propiedad que la pieza no usa.

Resistencia, densidad y resistencia específica

Lea con cuidado la fila de dureza: el Grade 2 con 200–275 HB y el Ti-6Al-4V con 33–36 HRC no están en la
misma escala, así que no se comparan directamente. Lo que importa es el contraste con el aluminio — el
6061-T6 con 95 HB y el 7075-T6 con 150 HB son las dos opciones más fáciles de mecanizar de la tabla, y esa
diferencia es de donde sale la mayor parte del coste del titanio.

La columna de resistencia específica es la que zanja la mayoría de las discusiones:

El 7075-T6 y el Ti-6Al-4V quedan a menos del 1% entre sí por unidad de peso. El 2024-T4 es la elección en
aluminio cuando importa la resistencia a la fatiga — 20% de alargamiento y 469 MPa — y es la aleación que
se usa en fuselajes y estructuras de ala, por eso aparece en planos aeronáuticos junto al titanio. El
Grade 2 con 61,0 no está cerca de ninguno de los dos; su argumento es la corrosión y la biocompatibilidad,
no la resistencia.

Grade 2 o Ti-6Al-4V

La regla es corta: resistencia a la corrosión sin alta resistencia significa Grade 2; alta resistencia con
poco peso significa Ti-6Al-4V. Una trampa que conviene nombrar — el límite elástico del Grade 2 llega
solo a 275 MPa, más débil que el 6061-T6. Especificar Grade 2 para una pieza estructural muy cargada es
una rebaja, no una mejora.

Lo que el titanio cambia en la máquina

El titanio no es un material caro que se mecaniza como el aluminio. Es un proceso distinto con reglas
distintas, y esas reglas son las que marcan el coste.

Cuatro reglas deciden si una pieza de titanio sale bien o acaba en la chatarra:

• Velocidad de corte baja. El Grade 2 va a 30–60 m/min y el Ti-6Al-4V a 20–45 m/min. Ir más rápido solo
  quema la herramienta sin cortar más rápido.
• El refrigerante de flujo es obligatorio. El titanio tiene mala conductividad térmica, así que el calor
  se queda en la arista de corte. Sin refrigerante de flujo, la vida de la herramienta cae a minutos.
• Cambie las herramientas al primer indicio de desgaste. El titanio se endurece por deformación. Una
  herramienta dulla deja una capa superficial endurecida que inutiliza también la siguiente herramienta.
  Las fresas con recubrimiento TiAlN o de diamante duran 3–5 veces más.
• Virutas finas, varias pasadas superficiales. Mantenga pequeña la profundidad de corte radial, porque
  las virutas gruesas generan demasiado calor.

Y una regla de seguridad que no tiene equivalente en el aluminio: nunca use aceite de corte. Las
virutas finas de titanio pueden prenderse, y un incendio de titanio quema a 3000°C+ — no se puede apagar
con agua porque quema más fuerte. Use refrigerante de flujo de base acuosa y mantenga la máquina limpia de
virutas.

Acabados superficiales: qué funciona con cada material

Dos notas prácticas. Primera, el anodizado añade 10–25 µm por superficie, así que en una cota ajustada la
pieza sale grande tras el recubrimiento — mecanice en exceso la mitad del espesor del anodizado antes de
darla. Segunda, el anodizado del titanio es una electroquímica distinta del anodizado del aluminio, aunque
ambos se llamen Type II; un proveedor que solo ha montado líneas de aluminio no está automáticamente
cualificado para una superficie de titanio.

Dónde los compradores sobreespecifican titanio, y lo que cuesta

El desglose de costes detrás de la primera fila merece exponerse, porque es lo que el comprador paga en
realidad: la materia prima de titanio cuesta 5–10 veces más que el aluminio y 3–5 veces más que el acero
inoxidable, el mecanizado cuesta 2–3 veces más que el acero, y un prototipo pertenece primero al aluminio o
al acero.

Qué hay que poner en el plano

1. La aleación y el estado, juntos — Ti-6Al-4V o Grade 2, y si es recocido, tratado en solución o
   envejecido. Solo «titanio» deja la resistencia abierta.
2. El entorno — agua salada, contacto con el cuerpo, salpicadura química. Si no se aplica ninguno,
   dígalo en el plano; es la forma más rápida de justificar una alternativa en aluminio.
3. La carga y su dirección — si la pieza no se somete a más de 503 MPa, el aluminio 7075-T6 lo cubre.
4. El acabado — anodizado Type II, PVD o en bruto, fijado antes de cotizar la pieza, porque el anodizado
   cambia las dimensiones.
5. La ruta del prototipo — si la pieza sigue en desarrollo, mecanice la primera pieza en 6061-T6 y pase
   al titanio solo cuando el diseño esté congelado.