Que el titanio sea pesado depende por completo del material con el que se compare, y las dos respuestas apuntan en direcciones opuestas. Frente al acero, no: el titanio pesa algo más de la mitad, y ese suele ser el motivo por el que figura en el plano. Frente al aluminio, sí: el titanio es aproximadamente dos tercios más pesado. La pregunta solo resulta útil cuando se sabe cuál de esas dos comparaciones se está haciendo realmente y cuando la densidad se vincula a una calidad, no a la palabra titanio.
No existe una única densidad del titanio
El titanio comercialmente puro y el aleado no pesan lo mismo, y la diferencia queda determinada por la calidad del pedido. Estas son las cifras en las que la de Beiyu Titanium calculadora de peso se basa.
| Calidad | Densidad (g/cm³) | En relación con Grade 2 |
|---|---|---|
| Grade 1, 2, 7 y 12 | 4.51 | Referencia |
| Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) | 4.48 | 0,7 por ciento más ligero |
| Grade 5 y Grade 23 (Ti-6Al-4V y ELI) | 4.43 | 1,8 por ciento más ligero |
La diferencia entre calidades es lo suficientemente pequeña como para no determinar nunca por sí sola la elección de una calidad. Es lo bastante grande como para importar cuando se intenta conciliar un peso calculado con uno entregado, que es la situación en la que la pregunta suele surgir en la práctica.
Cómo se traduce eso en una pieza
La densidad es una abstracción hasta que se aplica a una dimensión. La tabla siguiente corresponde a barra redonda, en kilogramos por metro, calculados a partir de las densidades anteriores mediante el área de la sección transversal de la barra. La columna de inoxidable utiliza la cifra aproximada de 8,0 g/cm³ que nuestras páginas comparativas utilizan para el acero inoxidable.
| Diámetro | Grade 2 con 4.51 | Grade 5 con 4.43 | Inoxidable con aproximadamente 8.0 |
|---|---|---|---|
| 10 mm | 0,35 kg/m | 0,35 kg/m | 0,63 kg/m |
| 16 mm | 0,91 kg/m | 0,89 kg/m | 1,61 kg/m |
| 20 mm | 1,42 kg/m | 1,39 kg/m | 2,51 kg/m |
| 25 mm | 2,21 kg/m | 2,17 kg/m | 3,93 kg/m |
| 32 mm | 3,63 kg/m | 3,56 kg/m | 6,43 kg/m |
| 40 mm | 5,67 kg/m | 5,57 kg/m | 10,05 kg/m |
| 50 mm | 8,86 kg/m | 8,70 kg/m | 15,71 kg/m |
Para Grade 2, el ahorro respecto al inoxidable es de aproximadamente un 44 por ciento en cada fila, y para Grade 5 de unos 45, porque se trata de una relación de densidades y la geometría se cancela. Esas son las cifras que conviene recordar: una pieza Grade 2 pesa aproximadamente un 44 por ciento menos que la misma pieza en inoxidable, y aproximadamente un 67 por ciento más que la misma pieza en aluminio.
El titanio frente a los dos metales que suele sustituir
| Densidad (g/cm³) | Misma pieza, masa relativa | Para qué se elige | |
|---|---|---|---|
| Aluminio | aproximadamente 2.7 | Aproximadamente un 40 por ciento más ligero que el titanio | Masa mínima cuando la carga y el entorno lo permiten |
| Titanio, Grade 2 | 4.51 | Referencia | Resistencia a la corrosión con resistencia mecánica moderada |
| Titanio, Grade 5 | 4.43 | 1,8 por ciento más ligero que Grade 2 | Piezas que soportan carga donde la masa tiene un coste económico |
| Acero inoxidable | aproximadamente 8.0 | Aproximadamente un 77 por ciento más pesado que el titanio | Precio y facilidad de fabricación |
Esos dos porcentajes suelen ser el origen de la confusión en esta pregunta. Con 4.51 frente a 8.0, el titanio es un 43.6 por ciento más ligero que el inoxidable y el inoxidable es un 77.4 por ciento más pesado que el titanio, redondeados en esta página a 44 y 77. Es el mismo hecho desde extremos opuestos, y conviene observar que las dos cifras redondeadas no son inversas entre sí, por lo que no pueden sustituirse una por otra en una frase.
Por qué la densidad suele ser la pregunta equivocada
Muy pocas piezas se seleccionan solo por su masa. Lo que determina una sustitución es cuánta carga soporta la pieza por la masa que añade, y según esa medida la clasificación cambia. El titanio Grade 5 alcanza unos 895 MPa de resistencia a la tracción frente a aproximadamente 515 MPa del inoxidable 316 recocido, con algo más de la mitad de densidad. Esa relación, más que la densidad por sí sola, es lo que se busca al comprar una pieza giratoria o un conjunto con un presupuesto de masa limitado.
Frente al aluminio, la misma lógica apunta en sentido contrario al que indica la densidad por sí sola. El aluminio es más ligero, pero el titanio soporta mucha más carga absoluta para una sección dada, por lo que una pieza de titanio puede ser más delgada y aun así soportar más fuerza. Las dos comparaciones se desarrollan en la de titanio frente a acero inoxidable y titanio frente al aluminio páginas.
El peso calculado y el peso entregado no son la misma cifra
Todas las cifras anteriores son pesos calculados: diámetro nominal, densidad nominal y geometría perfecta. Una barra entregada se sitúa dentro de la tolerancia de diámetro de la norma conforme a la que se pidió, y su masa varía con el cuadrado del diámetro; por tanto, un diámetro en el extremo superior de la tolerancia contiene más metal que la cifra nominal, y ese exceso crece con el cuadrado del diámetro.
| Dónde afecta | Cómo se manifiesta | Qué lo resuelve |
|---|---|---|
| Conciliar una entrega con un cálculo | Una entrega que pesa más de lo calculado se interpreta como un error, aunque la norma lo permite expresamente | Acuerde la base del peso, calculado o pesado, antes del pedido |
| Previsiones de masa en el diseño | Tomar una cifra calculada como exacta no deja margen para la tolerancia con la que se suministra el material | Calcule la previsión según el intervalo de tolerancia, no según el diámetro nominal |
Ninguno de los dos casos es un problema de calidad, y las normas lo dicen expresamente. Lo que sorprende es que el margen solo opera en una dirección: permite que el peso entregado quede por encima de lo calculado, y no existe una tolerancia inferior equivalente, porque el peso por defecto se controla mediante las tolerancias dimensionales.
| Norma y forma de producto | Exceso de peso permitido respecto a la cifra calculada |
|---|---|
| ASTM B348, barra y tocho | Hasta un 10 por ciento por encima del peso teórico, para cualquier medida pedida y cualquier acabado |
| ASTM B265, chapa fina: cinco chapas o menos, o una partida estimada en 200 lb (91 kg) o menos | Hasta un 10 por ciento por encima del peso estimado |
| ASTM B265, chapa fina: más de cinco chapas y una estimación superior a 200 lb | Hasta un 7,5 por ciento por encima del peso estimado |
| ASTM B265, fleje | Hasta un 10 por ciento por encima del peso estimado |
Observe que la redacción cambia entre ambas normas: B348 toma como referencia el teórico peso y B265 el estimado peso. Observe también que B265 no establece ninguna tolerancia inferior de peso para la chapa fina, y que, cuando se pide chapa fina de dimensiones no definidas o de fábrica por superficie en pies cuadrados, la superficie enviada puede superar la cantidad pedida hasta un 5 por ciento. Estas son las cláusulas que conviene tener a mano cuando se cuestiona el peso de una entrega.
Preguntas complementarias habituales
¿Es pesado el titanio al manipularlo en el taller? En comparación con el material de acero inoxidable o acero al que suele sustituir, no, y los fabricantes lo notan de inmediato al manipularlo y sujetarlo. En comparación con el aluminio, se percibe como denso. En la práctica, la pregunta no tiene respuesta hasta que se indica el metal de comparación.
¿Es el titanio más pesado que el aluminio? Sí, aproximadamente un 67 por ciento, con 4.51 frente a unos 2.7 g/cm³. El aluminio resulta más ligero por sí solo y el titanio resulta ventajoso cuando la pieza tiene que soportar cargas o resistir la corrosión.
¿Es el titanio más ligero que el acero? Sí, frente a ambos tipos, y las dos reducciones difieren lo suficiente como para distinguirlas. Frente al acero inoxidable, de unos 8.0 g/cm³, una pieza de Grade 2 es aproximadamente un 44 por ciento más ligera. Frente al acero al carbono, de unos 7.85, la reducción supera ligeramente el 40 por ciento. Citar la cifra del inoxidable para una sustitución de acero al carbono exagera la reducción.
¿Por qué el titanio parece más pesado de lo esperado? Porque la comparación que suele hacerse al sostenerlo es con el aluminio, no con el acero. Al coger por primera vez un objeto de titanio, se percibe como considerablemente pesado junto a uno de aluminio del mismo tamaño, mientras que su reputación de ligereza procede de la comparación con el acero.
¿Qué calidad de titanio es la más ligera? De las calidades de esta página, Grade 5 y Grade 23, con 4.43, pero la diferencia respecto al titanio comercialmente puro es del 1.8 por ciento y no conviene especificar ninguna pieza sobre esa base. Elija la calidad según la resistencia mecánica y la corrosión, y después utilice su densidad correspondiente.
¿Indica la densidad el certificado de materiales? No. ASTM B348 exige que el informe certifique que el material se fabricó, inspeccionó, muestreó y ensayó conforme a la especificación, y que incluya los resultados del análisis químico, del ensayo de tracción y de los demás ensayos exigidos. La medida aparece como descripción del artículo, no como resultado medido, y la densidad no aparece en ningún apartado: es una propiedad de la calidad, no de la colada. Por tanto, el peso se calcula a partir de la densidad publicada de la calidad y se comprueba frente a la tolerancia dimensional; no se obtiene del certificado.
Detalles de especificación con fuentes
Las densidades de 4.51 g/cm³ para Grades 1, 2, 7 y 12, 4.48 para Grade 9 y 4.43 para Grade 5 y Grade 23 son las constantes que utiliza la calculadora de peso de Beiyu Titanium, y esa calculadora es la única fuente utilizada en toda esta página. Cuando la ficha de una calidad concreta indica una densidad, recoge la misma cifra: las fichas de Grade 2 y Grade 7 indican 4.51 y las de Grade 5 y Grade 23 indican 4.43; las dos fichas de aleaciones añaden que las fichas de fábrica citan un intervalo de 4.42 a 4.47 y remiten al ASM Handbook. Las fichas de Grade 1, Grade 9 y Grade 12 no indican densidad, por lo que, para esas calidades, la calculadora ofrece la única cifra del sitio. Las cifras de kilogramos por metro se calculan a partir de esas densidades y del área de la sección circular del diámetro indicado; no son valores publicados por separado. La cifra de comparación de unos 8.0 g/cm³ para el acero inoxidable y la reducción resultante de aproximadamente el 44 por ciento son las que figuran en nuestra página sobre titanio frente a acero inoxidable, y la cifra de unos 2.7 g/cm³ para el aluminio es la que figura en la página sobre titanio frente a aluminio. Las cifras de resistencia a la tracción de unos 895 MPa para Grade 5 y aproximadamente 515 MPa para el inoxidable 316 recocido también proceden de la página de comparación con el inoxidable. Los márgenes de exceso de peso corresponden a las cláusulas de peso de las dos especificaciones: ASTM B348 establece que el peso de envío de cualquier artículo de una medida pedida y con cualquier acabado puede superar el peso teórico hasta un 10 por ciento, mientras que ASTM B265 fija el margen para chapa fina en un 10 por ciento por encima del peso estimado para cinco chapas o menos, o partidas de 200 lb (91 kg) o menos, y en un 7.5 por ciento por encima de esos límites; señala que no existe tolerancia inferior de peso para chapa fina porque el peso por defecto se controla mediante las variaciones admisibles de espesor, permite que la superficie en pies cuadrados de chapa fina de dimensiones no definidas o de fábrica supere el pedido hasta un 5 por ciento, y fija el margen del fleje en un 10 por ciento por encima del peso estimado. El contenido del certificado descrito anteriormente corresponde a la cláusula de certificación de ASTM B348.
Cómo acertar con el peso en un pedido
Si la masa interviene en la decisión, la calidad, la forma de producto y las dimensiones finales la determinan, y el cálculo se realiza a partir de ahí. Envíe la calidad, la forma de producto, las dimensiones nominales y la longitud o cantidad, e indique sobre qué base de peso calculó su propia cifra, porque el peso calculado y el peso entregado no son la misma cifra y entre ambos se sitúan los márgenes de exceso de peso anteriores. Beiyu Titanium suministra titanio en Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 y 23 en forma de barra, chapa gruesa, chapa fina, tubo y piezas forjadas conforme a especificaciones ASTM y AMS, con certificado de inspección 3.1 según EN 10204 conforme al alcance del pedido.