El titanio y sus aleaciones

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El titanio y sus aleaciones. Su aplicación en

Implantes óseos de cadera.

Rudisbel R. Salazar Ramírez

Dirigido por: Dra.Ing Tania Rodríguez Moliner

Resumen. Este trabajo se centra en el titanio y sus aleaciones

con el objetivo específico de lograr la fabricación de implantes

de cadera para la industria medica nacional. Primeramente se

realiza una búsqueda bibliográfica acerca del costo del material,

además de buscar referencias acerca de los procesos de

manufactura más usados para la fabricación de estos implantes.

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos en la búsqueda se

determina que la aleación Ti-6Al-4V es la necesaria para

producir la prótesis, además de proponer los procesos de

manufactura y el tratamiento térmico a realizar en la pieza.

Posteriormente se realiza una comprobación del diseño del

implante propuesto analizando las fuerzas y momentos que

actúan sobra la misma. Se realiza un análisis del alcance del

proyecto y del costo del mismo.

I. INTRODUCCIÓN

En los tiempos de hoy en que el mundo se mueve a un

ritmo vertiginoso, en el cual los adelantos tecnológicos son

cada vez más significativos y trascendentales se hace

evidente que este desarrollo no hubiera sido posible de no

haber contado con la utilización de los metales. Materiales de

los cuáles cada vez se exigen nuevas propiedades necesarias

en su desempeño; como es el caso del titanio, relativamente

joven desde el punto de vista de su uso industrial, que a partir

de algunos años ha sido un material muy utilizado debido a

sus múltiples aplicaciones técnicas, propiedades que lo han

llevado a competir con el acero, pero debido a que es más

costoso, esto limita su uso industrial.

El titanio fue declarado material estratégico por parte de

Estados Unidos durante muchos años. Puede formar

aleaciones con otros elementos, tales como hierro, aluminio,

vanadio, molibdeno y otros, para producir componentes muy

resistentes que son utilizados por las industrias aeroespacial,

aeronáutica, militar, petroquímica, agroindustrial,

automovilística y médica.

Entre las diversas aplicaciones que presenta dicho material

se decide profundizar en su uso médico, que es igualmente

amplio pues va desde un pequeño implante bucal hasta el

herramental necesario para una intervencion, esto lo hace

posible su biocompatibilidad y su poca toxicidad.

Muchas son las aleaciones de base titanio que se conocen y

que todas presentan características específicas según su

necesidad, para el caso del implante óseo a analizar la más

indicada es la aleación que contiene aluminio y vanadio

según la composición. El aluminio incrementa la temperatura

de la transformación entre las fases alfa y beta. El vanadio

disminuye esa temperatura. La aleación presenta buena

soldabilidad y alta tenacidad. Las características por las que

se utiliza como material para uso médico son que el titanio es

inerte, la cubierta de óxido en contacto con los tejidos es

insoluble, por lo cual no se liberan iones que pudieran

reaccionar con las moléculas orgánicas. El titanio en los

tejidos vivos representa una superficie sobre la que el hueso

crece y se adhiere al metal, formando un anclaje anquilótico,

también llamado osteointegración.

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. Su utilización se ha generalizado con el

desarrollo de la tecnología aeroespacial, donde es capaz de

soportar las condiciones extremas de frío y calor que se dan

en el espacio y en la industria química, por ser resistente al

ataque de muchos ácidos.

Posee propiedades mecánicas parecidas al acero, tanto puro

como en las aleaciones que forma, por tanto compite con el

acero en muchas aplicaciones técnicas, especialmente con el

acero inoxidable.

A. 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 4.507 g/cm3.

• Tiene un punto de fusión de 1 675 °C (1 941 K).

• Es de color plateado grisáceo.

• Es paramagnético, es decir, no se imanta debido a su

estructura electrónica.

• Abundante en la naturaleza. Reciclable. [1]

Procesos tecnológicos del titanio

A. Fundición

La fundición de piezas de titanio se realiza cuando se trata

de piezas de diseño complejo que hace difícil el forjado o

mecanizado de las mismas. Hay muchas aplicaciones donde

se utilizan piezas fundidas desde piezas muy voluminosas

hasta piezas muy pequeñas de aplicaciones biomédicas.

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Existen dos métodos principales para la fundición de

piezas:

• Fundición por moldeo de grafito apisonado, recomendado

para la fundición de piezas de gran tamaño por ser el

procedimiento más económico porque no hay necesidad de

fabricar moldes especiales.

• Fundición a la cera perdida, es el método más apropiado

para fundir piezas pequeñas y de gran precisión con

acabados de alta calidad.

B. Forja

Para la conformación de piezas de titanio por forjado se

pueden utilizar las técnicas y herramientas convencionales

que se utilizan para el forjado de piezas de acero. El forjado

en caliente exige controlar rigurosamente la temperatura con

la que se trabaja, para obtener un control exacto de la

estructura de la pieza y de sus propiedades.

C. Soldadura

A la hora de afrontar la soldadura de piezas de titanio hay

que tener en cuenta que si se supera la temperatura de fusión,

puede sufrir una decoloración porque reacciona fácilmente en

contacto con los gases atmosféricos. Esta decoloración puede

suponer pérdida de ductilidad y de resistencia mecánica. Por

lo tanto es muy importante que en la soldadura se proteja la

zona de soldadura con gases inertes.

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