Qué es el titanio y cómo se utiliza
El metal de titanio no se encuentra solo en la naturaleza, sino vinculado a otros elementos. En cambio, el elemento Titanium es, sin embargo, el noveno elemento más abundante en la corteza terrestre (0,63% en masa) y está presente en la mayoría de las rocas eruptivas y en los sedimentos relativos.
En 1795 el químico alemán Heinrich Klaproth logró aislarlo de los minerales rutiles (TiO2) y bautizó el elemento inspirado en las figuras de los titanes de la mitología griega hijos de Urano (Cielo) y Gea (Tierra).
Los minerales de titanio importantes son el rutilo, la brookita, la anatasa, la ilmenita y la titanite.
El principal mineral extraído, la ilmenita, se encuentra en grandes depósitos de arena en Australia Occidental, Noruega, Canadá y Ucrania. Los grandes depósitos de rutilo de América del Norte y Sudáfrica también contribuyen significativamente a las reservas mundiales de titanio. La producción mundial de metal alcanza las 90.000 toneladas ca. por año, en lugar de que la producción de dióxido de titanio sea de 4,3 millones de toneladas al año.
El dióxido de titanio, TiO2, se encuentra comúnmente en forma negra o marrón se conoce como rutilo. Las formas naturales menos frecuentes en la naturaleza son la anatazona y el brooquite. Tanto el rutilo puro como el anatasita puro son blancos. El óxido básico negro, FeTiO3, se encuentra en su forma natural como un mineral natural llamado ilmenita; esta es la principal fuente comercial de titanio.
El titanio puro se obtiene de la ilmenita, a través de procesos químicos complejos, donde el elemento de titanio está vinculado a los minerales de hierro.
El titanio disponible en el comercio viene en diferentes grados, es decir, diferentes aleaciones a partir del material más puro (CP) a la vinculada con otros elementos (TITANIUM ALLOYS).
Los grados de titanio puro (CP) son:
Grado 1: el más puro existente. Es fácilmente workable y presenta una resistencia a la corrosión muy alta.
Grado 2: el más utilizado en la industria, comparte la fuerte resistencia a la corrosión con el grado 1, pero es más resistente al estrés mecánico.
Grado 3: dedicado principalmente a la aeronáutica.
Grado 4: el más resistente mecánicamente entre los grados de titanio puro.
Nota: Dadas las características anteriores, es fácil ver que estos grados de titanio no se pueden utilizar en el ciclismo.
“TITANIUM ALLOYS” se definen como todas aquellas aleaciones que a través de procesos metalúrgicos se añaden con otros minerales (aluminio, vanadio, estaño de cromo, etc.) para aumentar su mecánica
El marco BUGIA-ROSA se ha construido utilizando las siguientes aleaciones de titanio:
Grado 9
Conocido como 3Al – 2,5V, ya que está compuesto de 3% de aluminio y 2,5% de vanadio, es una aleación fácilmente soldable, con una alta carga de rotura (es decir, la fuerza máxima capaz de romperlo) y tiene una alta resistencia a la corrosión (inoxidable). Dadas estas características, es la aleación más utilizada en el campo de la bicicleta para la construcción de la estructura del marco tubular.
Grado 5
Conocido como 6Al – 4V, ya que está compuesto por un 6% de aluminio y un 4% de vanadio, tiene un coeficiente de rotura muy alto, ideal para construir las piezas mecánicas que componen el cuadro como: soporte inferior, gotas, etc.
También tiene buena soldabilidad y alta resistencia a la corrosión (inoxidable) como el grado 9 mencionado anteriormente.
Realización de un marco de titanio con soldadura TIG
La creación de un marco de titanio con tecnología TIG (Tungsten Inert Gas) es muy particular y requiere un equipo específico, una muy alta profesionalidad y capacidad manual.
La preparación de las tuberías (desmontaje) debe hacerse cuidadosamente a mano: ya que el trabajo de las tuberías con ruedas de rectificación o cortadores mecánicos de tuberías comprometería sus características.
Durante la soldadura, el titanio se calienta y se vuelve muy reactivo con los elementos atmosféricos (oxígeno, nitrógeno e hidrógeno presentes en el aire), que unen y oxidan la soldadura, debilitando irreparazmente el material: Por esta razón es necesario soldarlo en una atmósfera inerte y protectora de argón (Gas Inerte).
La soldadura del bastidor y sus componentes mecánicos se lleva a cabo principalmente de dos maneras:
- Soldadura bajo una campana en una atmósfera protectora
La soldadura del marco se lleva a cabo mediante la inserción de los tubos a unir, la abrazadera con el electrodo de tungsteno y las varillas de suministro de material en una campana de vidrio, en la que el argón se inyecta para saturar y expulsar el oxígeno presente en el aire mientras, el soldador, desde el exterior, hace la articulación a través de manipuladores especiales;
- Soldadura “Gas Lens”
La soldadura del marco se realiza fuera de la campana – un procedimiento ampliamente utilizado en el sector aeronáutico para la soldadura de las bases estructurales de la aeronave. Utilizando el clásico sistema de soldadura TIG, se crea un cono de argón con un volumen muy grande (llamado Lente de Gas), capaz de cubrir toda la soldadura y así protegerla de los peligros del oxígeno.
Ventajas de titanio (características físicas y mecánicas)
- • Densidad (relación de peso por unidad de volumen): El titanio tiene una densidad de aproximadamente 4,5 g/cm3, superior a otros metales ligeros de interés estructural como el aluminio o el magnesio, pero casi la mitad de los aceros (alrededor del 60% de la densidad del hierro).
- • Resistencia a la tracción y a la compresión: el titanio tiene una alta resistencia a la tracción, es decir, un valor de resistencia al rendimiento (es decir, deformación plástica permanente) del orden de 725Mpa para grado 9. Un valor notable, que lo hace perfecto para la construcción de marcos de bicicleta: De hecho, las fuerzas más comunes que actúan sobre los marcos tienen lugar a lo largo de las direcciones longitudinales o transversales del marco: por “tirar” o “acortarlo”;
- • Rigidez: cuando aplicamos una fuerza en un marco, el material se deforma para absorberlo, y luego vuelve a su forma original una vez que la fuerza deja de actuar. Esta característica se llama deformación plástica que funciona por debajo del límite elástico, es decir, la carga máxima aplicable sin deformación permanente. Cuanto mayor sea la resistencia, más se deforma el material para “darle la bienvenida”, y luego vuelve a su posición original una vez que se agota la carga. El valor de la rigidez de un material es muy importante cuando se trata de bicicletas, ya que representa el orden de magnitud que puede resistir antes de romper;
- Resistencia a la fatiga: durante el uso, los marcos de la bicicleta se someten a fatiga y deben soportar ciclos de trabajo repetidos a lo largo del tiempo, que “cansan” el material y producen una rotura de choque que es difícil de predecir. Titanio “sobresale” para la resistencia a la fatiga, es por eso que se considera un material “eterno”, igual que la fibra de carbono, que sin embargo sufre la influencia de los rayos UV (factor de envejecimiento)
• Resistencia a la corrosión: la corrosión atmosférica es tan sutil como la fatiga porque debilita el material lentamente pero gradualmente. La oxidación, trabajando pacientemente, corroe el espesor del tubo, disminuyendo la sección resistente y reduciendo así el valor real de las fuerzas que puede resistir. El titanio, si se trabaja correctamente, es “inmune” a la corrosión atmosférica (inoxidable): ya que la capa externa de titanio se oxida con una película muy resistente
Un marco de titanio no es para todos, dado el costo intrínseco del material y las costosas técnicas de fabricación.
Es un material precioso, con altas características mecánicas y de resistencia a la fatiga y prácticamente inmune a la corrosión atmosférica y el envejecimiento.
Los ciclistas exigentes, que quieren una bicicleta con un marco fiable, que nunca los deja a pie pero que es ligero y rápido, deben mirar hacia este material.
Por otro lado, hay pocas casas de ciclismo que ofrecen modelos completos de bicicletas con un marco de titanio, por lo que solemos recurrir a empresas especializadas que ensamblan tanto el bastidor como el montaje de los componentes.
