En el caso de la mayoría de las piezas mecanizadas, el aluminio es el metal más barato y rápido de cortar. El acero inoxidable suele costar entre dos y tres veces más para una misma geometría, y el titanio, entre cuatro y seis veces más. Solo una parte muy pequeña de esa diferencia se debe al precio de la barra en bruto. Casi toda se debe al tiempo que se tarda en cortar cada metal y a la rapidez con la que desgasta las herramientas.
Ese simple hecho debería determinar cómo se especifican las piezas. Un diseñador que comprenda por qué el titanio es difícil de mecanizar a menudo puede conseguir el rendimiento del titanio con un metal más barato, o puede rediseñar una pieza de titanio para que cueste un 30 % menos sin perder nada en cuanto a funcionalidad. Esta guía compara el aluminio, el acero inoxidable y el titanio en función de los factores que realmente determinan un presupuesto: mecanizabilidad, coste, tolerancia alcanzable, opciones de acabado y plazo de entrega.
La respuesta breve
| Metal | Ideal para | Punto débil | Coste habitual del mecanizado |
| Aluminio | Estructuras ligeras, carcasas, disipadores térmicos, prototipos, series de gran volumen | Baja dureza, escasa resistencia al desgaste, temperatura de funcionamiento limitada | Valor de referencia (1x) |
| Acero inoxidable | Resistencia a la corrosión, resistencia mecánica, contacto con alimentos y productos médicos, superficies de desgaste | Pesado, se endurece con el uso, más difícil de cortar | Aproximadamente entre 2 y 3 veces |
| Titanio | Relación resistencia-peso, biocompatibilidad, exposición química y marina, altas temperaturas | Existencias costosas, ciclos lentos y plazos de entrega de materiales prolongados | Entre 4 y 6 veces, aproximadamente |
Esos multiplicadores son orientativos, no fijos. La geometría de la pieza, el tamaño del lote, la tolerancia y el acabado influyen en ellos. Una simple placa plana de acero 316 puede costar solo 1,5 veces más que su equivalente en aluminio, mientras que una carcasa de titanio de paredes delgadas con cavidades profundas puede superar el 6x.
Comparación teórica de los tres metales
Las propiedades de los materiales determinan prácticamente todas las decisiones posteriores, desde la velocidad de corte hasta si una pieza necesita un recubrimiento. Estos son los valores típicos publicados para los grados más habituales utilizados en trabajos de precisión.
| Curso | Densidad (g/cm³) | Límite elástico (MPa) | Conductividad térmica (W/m·K) | Módulo (GPa) | Expansión (um/m·K) | Notas |
| 6061-T6 | 2.70 | 276 | 167 | 69 | 23.6 | Se puede soldar, se anodiza bien, la mejor relación calidad-precio en general |
| 7075-T6 | 2.81 | 503 | 130 | 71.7 | 23.6 | De calidad aeronáutica, no soldable de forma convencional |
| 304 | 8.00 | 215 | 16.2 | 193 | 17.3 | Acero inoxidable de uso general |
| 316L | 8.00 | De 170 a 205 | 16.3 | 193 | 16.0 | Mayor resistencia al cloruro, habitual en el ámbito médico |
| 17-4 PH | 7.80 | 1170 (H900) | 18 | 197 | 10.8 | Endurecible, de alta resistencia, difícil de mecanizar |
| Titanio de grado 2 | 4.51 | 275 | 16.4 | 105 | 8.6 | De pureza comercial, más fácil de cortar |
| Ti-6Al-4V | 4.43 | 880 | 6.7 | 114 | 8.6 | Grado 5, la aleación de titanio más versátil |
Hay dos cifras en esa tabla que son más importantes que el resto. La conductividad térmica de 167 del 6061 frente a los 6,7 del Ti-6Al-4V es la razón por la que el titanio es difícil de cortar. Y la columna de densidad muestra algo que los ingenieros suelen malinterpretar: el titanio no es un metal ligero. Con 4,43 g/cm³, es aproximadamente un 60 % más pesado que el aluminio. Lo que ofrece el titanio es resistencia por unidad de peso, no un peso reducido.
La maquinabilidad es por lo que realmente estás pagando
La materia prima representa una pequeña parte de la mayoría de los presupuestos. El tiempo de máquina y las herramientas constituyen la mayor parte del coste, y cada metal se comporta de forma diferente en el filo de corte.
El aluminio se corta rápidamente porque disipa el calor
El aluminio es blando y, gracias a su elevada conductividad térmica, la plaquita elimina la mayor parte del calor generado en el filo de corte. Las herramientas tienen una larga vida útil, las velocidades del husillo son elevadas y las tasas de arranque de material son las mejores de entre todos los metales de ingeniería habituales. Por eso el aluminio es la opción predeterminada para los prototipos y por eso el precio por pieza desciende tan drásticamente cuando se producen en serie.
El acero inoxidable se endurece al cortarlo.
Los aceros inoxidables austeníticos, como los tipos 304 y 316, se endurecen localmente al deformarse. Si una herramienta desafilada roza en lugar de cortar, la superficie por la que acaba de pasar se endurece, y la pasada siguiente resulta peor. La solución práctica consiste en una configuración rígida, herramientas afiladas con ángulo de inclinación positivo, un avance generoso e ininterrumpido y suficiente material en bruto para una pasada de acabado limpia. Las velocidades de corte se reducen a una fracción de las del aluminio, y el desgaste de las herramientas aumenta notablemente.
Las diferencias entre los distintos grados también son reales. El 303 se mecaniza con mucha más facilidad que el 304 debido a su mayor contenido en azufre, mientras que el 316 se mecaniza más lentamente. Si estás sopesando las dos opciones más habituales, nuestro análisis de Acero inoxidable 304 y 316 para mecanizado CNC aborda en qué casos se justifica el sobrecoste del 316 y en cuáles no.
El titanio contraataca en tres frentes a la vez
La maquinabilidad del titanio es deficiente por una serie de razones que se agravan entre sí. El calor no tiene por dónde disiparse, por lo que se concentra en el filo de corte en lugar de salir a través de la viruta. Además, el titanio es químicamente reactivo a altas temperaturas y se adhiere a las herramientas. Y su módulo de elasticidad es aproximadamente la mitad del del acero inoxidable, por lo que las paredes delgadas y los elementos esbeltos se desvían del cortador y vuelven a su posición original después, lo que perjudica tanto la precisión como la calidad de la superficie.
La respuesta es: velocidades bajas, avance constante y elevado, herramientas afiladas y recubiertas, refrigerante a alta presión y una sujeción de la pieza muy rígida. Las piezas complejas de titanio también se benefician de manera desproporcionada de Mecanizado CNC de 5 ejes, ya que acceder a la pieza desde varios ángulos en una sola configuración evita los errores de reposicionamiento, que son los que menos perdona el titanio.
| Metal | Velocidad de corte típica del carburo | Consecuencia práctica |
| Aluminio 6061 | De 300 a 900 m/min | Larga vida útil de la herramienta, altas tasas de arranque de material, ciclos cortos |
| Acero inoxidable 304 / 316 | De 80 a 180 m/min | Ciclos más lentos, mayor coste de las herramientas, rigor en las pasadas de acabado |
| Ti-6Al-4V | De 30 a 60 m/min | Ciclos largos, cambios frecuentes de herramientas y configuraciones rígidas necesarias |
Esos rangos se basan en el uso de carburo recubierto moderno, un líquido de refrigeración adecuado y una máquina rígida. Los parámetros reales varían en función de las herramientas, la profundidad de corte y la rigidez de la pieza, por lo que deben considerarse más como una referencia comparativa que como una fórmula fija.
En qué se compone realmente el coste del mecanizado del titanio
Cuando los compradores ven por primera vez un presupuesto de titanio, suelen dar por hecho que este metal es caro. Lo es, pero eso es solo una parte de la historia. Una forma útil de analizar el coste del mecanizado del titanio es tener en cuenta cuatro factores distintos:
- Tiempo de ciclo. Las velocidades de corte, entre cuatro y diez veces inferiores a las del aluminio, se traducen directamente en horas de máquina, que suelen constituir la partida más importante del presupuesto.
- Herramientas. Una vida útil más corta de las herramientas implica un mayor consumo de plaquitas y fresas por pieza, así como más paradas de la máquina para cambiar las herramientas.
- Materia prima. Las barras y placas de titanio cuestan varias veces más por kilogramo que las de aluminio, y el titanio es más denso, por lo que un mismo volumen de lingote pesa más.
- Desperdicio de material. El mecanizado de una pieza a partir de un bloque sólido elimina la mayor parte del material en bruto. En una pieza estructural con cavidades, los residuos pueden pesar varias veces más que la pieza acabada, lo que cobra mucha más importancia cuando el material en bruto es caro.
Es en ese cuarto punto donde los cambios de diseño dan sus frutos. Reducir el perímetro total, evitar cavidades profundas innecesarias y optar por tamaños de material casi finales puede reducir considerablemente el presupuesto del titanio sin alterar ni una sola dimensión funcional.
Tolerancia y estabilidad dimensional
Los tres metales cumplen holgadamente las tolerancias generales de la norma ISO 2768-m, y en las características adecuadas se pueden alcanzar especificaciones más estrictas, hasta el rango de las micras bajas. Nuestro servicio de mecanizado CNC de precisión mantiene tolerancias de más o menos 0,005 mm cuando la geometría y el material lo permiten, y la elección del material influye en qué características cumplen los requisitos.
- El aluminio presenta la mayor expansión térmica de los tres, con un valor de 23,6 um/m·K. En una pieza larga, tomar la medida en caliente, recién salida de la máquina, y volver a medirla a 20 °C puede dar lugar a una lectura significativamente diferente. El control de la temperatura durante la inspección es más importante de lo que la mayoría de la gente cree.
- El endurecimiento por deformación del acero inoxidable hace que la pasada final sea fundamental. Si queda muy poco material para el acabado, la herramienta resbala sobre una capa endurecida, lo que da lugar a un acabado deficiente y a desviaciones dimensionales.
- El titanio presenta la mejor estabilidad dimensional a diferentes temperaturas de los tres, con un valor de 8,6 µm/m·K, pero su comportamiento durante el mecanizado es el peor. La recuperación elástica en secciones delgadas suele ser la causa habitual de que una pieza de titanio no respete las tolerancias.
La regla práctica se aplica a los tres metales: establece tolerancias estrictas únicamente para las características funcionales. Una especificación general de tolerancia estricta en todo el plano aumenta el coste de todos los metales, y en el caso del titanio, lo eleva considerablemente.
Las opciones de acabado varían más de lo que la gente cree
La elección del material determina, de forma discreta, qué tratamientos superficiales están a tu disposición, y esto suele pillar desprevenidos a los diseñadores en las últimas fases del proyecto, cuando el aspecto ya ha sido aprobado.
| Metal | Tratamientos habituales | No disponible |
| Aluminio | Anodizado de tipo II y tipo III, anodizado conductivo, recubrimiento de conversión química, granallado, cepillado, pulido, recubrimiento en polvo | La pasivación en el sentido del acero inoxidable |
| Acero inoxidable | Pasivación, electropulido, granallado, cepillado, pulido a espejo | Anodizado, en el sentido del aluminio |
| Titanio | Anodizado por coloración por interferencia de óxidos, pasivación, granallado y pulido | Anodizado teñido, el recubrimiento más habitual |
Merece la pena conocer el proceso de anodizado del titanio, ya que funciona de forma diferente. En lugar de absorber el colorante, la capa de óxido refracta la luz, y el color viene determinado exclusivamente por el grosor de la capa. Los colores se limitan a los que produce el proceso, por lo que no es realista intentar igualar el color específico de una marca. El aluminio es todo lo contrario, con una amplia gama de colores y un control del proceso muy consolidado, lo que constituye una de las razones por las que predomina en las carcasas destinadas al consumidor. Nuestras guías sobre anodizado negro para piezas de aluminio mecanizadas con CNC y Selección del acabado superficial de las piezas mecanizadas profundizar en las ventajas e inconvenientes prácticos.
El plazo de entrega suele ser un problema relacionado con los materiales, no con el mecanizado.
Disponemos de un amplio stock de aluminio en los grados y tamaños más habituales, por lo que rara vez se producen retrasos en los trabajos con este material. El acero inoxidable 304 y 316 suele estar disponible en barras y chapas estándar, aunque pueden producirse retrasos ocasionales en perfiles poco habituales o en el 17-4 PH en condiciones específicas.
El titanio es diferente. El grado 5, con un grosor de chapa o un diámetro de barra específicos, no siempre está disponible en stock, y su adquisición puede suponer días o semanas antes de que la máquina empiece a cortar. Si el plazo de un proyecto es ajustado, confirmar con antelación la disponibilidad de stock de titanio resulta más útil que negociar el tiempo de máquina. A esto se suma el acabado en los tres metales, ya que el anodizado, la pasivación y el electropulido suelen ser procesos por lotes subcontratados que tienen sus propias colas de espera.
Elegir el metal adecuado para tu pieza
Una selección acertada del material para el mecanizado CNC consiste en identificar aquella propiedad concreta de la pieza en la que no se puede transigir en absoluto y, a continuación, elegir el metal más barato que la cumpla.
Elige el aluminio cuando
- El peso es importante, pero las cargas son moderadas, como en el caso de las cajas, los soportes, los bastidores robóticos y las monturas ópticas.
- La conductividad térmica es un requisito funcional, como en los disipadores de calor y las placas de refrigeración.
- Necesitas una amplia gama de acabados y colores estéticos.
- Estás creando un prototipo y quieres la pieza funcional más rápida y económica que, al mismo tiempo, se comporte como el metal.
- El volumen es elevado y el coste por unidad es el factor decisivo.
Elige el acero inoxidable cuando
- La pieza cumple con los requisitos de higiene alimentaria, farmacéutica o quirúrgica.
- Al estar expuesto a la humedad, al vapor, a productos químicos de limpieza o al entorno marino, el acero 316L justifica su mayor coste.
- Se necesita resistencia mecánica y resistencia al desgaste, y el peso no es un factor determinante.
- La temperatura de funcionamiento supera la que puede soportar el aluminio.
- Necesitas una alta resistencia en un acero templable, y ahí es donde entra en juego el 17-4 PH.
Elige el titanio cuando
- La relación resistencia-peso es, sin duda, la limitación determinante, sobre todo en estructuras aeroespaciales y conjuntos de alto rendimiento.
- La pieza entra en contacto con el tejido humano o la sangre, por lo que los materiales de grado 5 y grado 23 son los establecidos para los implantes.
- La exposición a sustancias químicas o al agua de mar acabaría dañando incluso el acero inoxidable.
- La pieza se calienta tanto que el aluminio pierde resistencia.
- Se requiere una baja expansión térmica para garantizar la estabilidad dimensional en un amplio rango de temperaturas.
Si ninguna de estas situaciones se da, el titanio suele ser una forma costosa de adquirir propiedades que la pieza nunca va a utilizar. Comprobar esto con rigor antes de pasar a la fabricación de utillaje es una de las cosas más valiosas que puede aportar una revisión de diseño.
Cinco decisiones importantes que, sin que nos demos cuenta, suponen un derroche de dinero
- Se opta por el titanio para reducir el peso. El titanio es más pesado que el aluminio. Si la pieza no tiene restricciones de resistencia, el 7075-T6 suele ser más ligero y mucho más barato.
- Atornillar titanio directamente sobre aluminio. Ambos materiales son muy diferentes desde el punto de vista galvánico y, en un entorno húmedo, el aluminio se corroe. Esto se soluciona con arandelas aislantes, recubrimientos o un cambio de material, pero solo si se tiene en cuenta en la fase de diseño.
- Se opta por el 316 cuando el 304 sería suficiente. El 316 es más caro, se corta más lentamente y es realmente mejor en entornos con cloruro. En aplicaciones en interiores en condiciones secas, a menudo no aporta ninguna ventaja.
- Elegir el 7075 para una pieza que deba soldarse o que vaya a estar expuesta a la intemperie. El 7075 no es soldable de forma convencional y tiene menor resistencia a la corrosión que el 6061. Basar la elección únicamente en la resistencia mecánica es un error.
- Aplicar un único margen de tolerancia estrecho a todo el plano. La tolerancia multiplica el coste de cualquier metal, y su efecto es más acusado en el titanio y el acero inoxidable endurecido.
Decidir cuál será tu próximo paso
Un procedimiento eficaz consiste en enumerar las propiedades que la pieza no puede sacrificar, elegir a continuación el metal más económico que cumpla con todas ellas y, por último, comprobar el acabado y la disponibilidad de existencias antes de dar el visto bueno al plano. La mayoría de los sobrecostes en las piezas mecanizadas se deben a la elección de un material por una propiedad que la pieza en realidad nunca necesitó, o a un acabado que el metal elegido no admite.
Si todavía estás valorando las opciones, enviar el modelo con tus requisitos, en lugar de un material concreto, suele ser la opción más rápida. Mecanizado XY Mecaniza las tres familias de aleaciones, desde el 6061 y el 7075 hasta el 303, el 304, el 316L y el 17-4 PH, pasando por el Grado 2 y el Ti-6Al-4V, y ofrece comentarios sobre el diseño orientado a la fabricabilidad en un plazo de 24 horas. Puede consultar el texto completo gama de materiales o envía un dibujo a través de nuestro Servicio de mecanizado CNC para ver el presupuesto de la misma pieza en más de un metal antes de dar el visto bueno.
Preguntas frecuentes
P: ¿Es el titanio más resistente que el acero inoxidable?
R: No siempre. El Ti-6Al-4V alcanza unos 880 MPa, muy por encima del 304 o el 316, pero el 17-4 PH en el estado H900 lo supera. El titanio gana de forma contundente en resistencia por unidad de peso, más que en resistencia absoluta.
P: ¿Por qué es tan caro el mecanizado del titanio?
R: Principalmente horas de máquina. La escasa conductividad térmica hace que el calor se concentre en el filo de corte, lo que obliga a utilizar velocidades de corte entre cuatro y diez veces inferiores a las del aluminio. Si a esto le sumamos la corta vida útil de las herramientas, el elevado coste del material en bruto y el gran desperdicio de material, el presupuesto se dispara rápidamente.
P: ¿Se pueden utilizar piezas de aluminio en exteriores sin ningún tipo de tratamiento?
R: El aluminio sin tratar forma una capa de óxido natural, pero con el tiempo se vuelve opaco y presenta picaduras, sobre todo en zonas con aire salino. Para su uso en exteriores y en entornos marinos se suele recomendar el anodizado de tipo II o III, o bien un recubrimiento de conversión química.
P: ¿Cuál de los tres tiene la tolerancia más estrecha?
R: Los tres materiales pueden alcanzar tolerancias estrictas en las características adecuadas. El titanio ofrece la mejor estabilidad dimensional a cualquier temperatura; el aluminio es el más fácil de mecanizar con precisión; y el acero inoxidable se sitúa entre ambos, siempre que la pasada de acabado se planifique adecuadamente.
P: ¿El aluminio 7075 es siempre mejor que el 6061?
R: El n.º 7075 es considerablemente más resistente, pero no se puede soldar de forma convencional, es más caro y presenta una menor resistencia a la corrosión. Para carcasas, soportes y trabajos estructurales en general, el 6061-T6 sigue ofreciendo el mejor equilibrio entre coste, maquinabilidad y durabilidad.
