Titânio Grau 5 vs Outros Graus de Titânio: Propriedades, Resistência e Seleção

As classes de titânio se enquadram em duas famílias. Os graus 1-4 comercialmente puros são titânio sem liga cuja resistência é controlada principalmente pelo oxigênio intersticial e pelo teor de ferro, com limites definidos pela ASTM B265. Os graus de liga adicionam elementos como alumínio e vanádio; Grau 5 (Ti-6Al-4V), Grau 9 (Ti-3Al-2,5V) e Grau 23 (Ti-6Al-4V ELI) são os mais amplamente especificados. Na China, os produtos equivalentes em chapas, placas e tiras são cobertos pela GB/T 3621, e as ligas para implantes médicos seguem a ISO 5832-3. Cada valor de resistência citado neste artigo é um mínimo para produto recozido de acordo com ASTM B265, a menos que um padrão diferente seja nomeado.

O grau 5 é uma liga alfa-beta: o alumínio estabiliza a fase alfa e o vanádio estabiliza a fase beta, que é o que torna a liga tratável termicamente. Sua faixa de composição de acordo com ASTM B265 é Al 5,5-6,75%, V 3,5-4,5%, Fe menor ou igual a 0,40% e O menor ou igual a 0,20%. Na condição recozida, proporciona uma resistência à tração mínima de 895 MPa, uma resistência ao escoamento mínima de 828 MPa e 10% de alongamento, com uma faixa de serviço prática de aproximadamente -210 graus a 400 graus. O tratamento térmico pode aumentar ainda mais a resistência em seções abaixo de cerca de 25 mm; a temperabilidade é limitada, portanto seções mais espessas podem não desenvolver todas as propriedades.

O grau 5 solda bem quando são usados ​​fios de enchimento correspondentes ou ELI e proteção rigorosa de gás-inerte, e ele se forma-a quente facilmente. A conformação a frio é limitada em comparação com as classes CP. Os usos típicos incluem peças estruturais e fixadores de aeronaves, componentes de pressão de alta-resistência, ferragens marítimas e-artigos esportivos de alta qualidade onde a relação resistência-por{8}}peso é importante.

As classes CP são ligas alfa-monofásicas. Sua diferença química é principalmente oxigênio e ferro: Grau 1 tem O menor ou igual a 0,18% e Fe menor ou igual a 0,20%, Grau 2 tem O menor ou igual a 0,25% e Fe menor ou igual a 0,30%, Grau 3 tem O menor ou igual a 0,35% e Fe menor ou igual a 0,30%, e Grau 4 tem O menor ou igual a 0,40% e Fe menor ou igual a 0,50% de acordo com ASTM B265. A resistência mínima à tração aumenta, portanto, de 240 MPa (Grau 1) para 345 MPa (Grau 2), 450 MPa (Grau 3) e 550 MPa (Grau 4).

O grau 1 é o mais dúctil da família e é amplamente utilizado para trocadores de calor a placas, vasos revestidos e peças repuxadas-profundas. O grau 2 é o grau CP mais especificado para fábricas de produtos químicos, tubulações de água do mar e equipamentos de plantas de branqueamento-: ele combina resistência útil com excelente resistência ao cloro úmido e meios de cloreto quente, razão pela qual misturadores de dióxido de cloro, tubulações e fixadores em fábricas de branqueamento modernas são comumente de Grau 2. Os graus 3 e 4 são especificados quando maior resistência é necessária sem abrir mão do desempenho de corrosão da família CP, por exemplo, vasos de pressão e acessórios marítimos.

O grau 23 carrega o mesmo teor de alumínio e vanádio do grau 5, mas é produzido com intersticiais extra-baixos: o oxigênio é limitado a 0,13% em vez de 0,20%, com controle mais rígido de ferro e outros resíduos. A recompensa é melhor resistência à fratura e ductilidade em baixas temperaturas e uma microestrutura mais limpa para aplicações de implantes. A ISO 5832-3 cobre o Grau 23 para implantes cirúrgicos e a ASTM B265 cobre a forma do produto. Não trate o Grau 23 e o Grau 5 como intercambiáveis: a versão ELI custa mais e é especificada onde a tenacidade, a resistência à fadiga e a biocompatibilidade são críticas, enquanto o Grau 5 continua sendo a escolha geral de engenharia.

O Grau 9 (Ti-3Al-2,5V, UNS R56320) fica entre os graus CP e o Grau 5 com uma resistência à tração mínima de 620 MPa e melhor conformabilidade a frio e soldabilidade. É uma escolha comum para tubos hidráulicos, dutos aeroespaciais e quadros de bicicletas onde resistência moderada deve ser combinada com fácil conformação.

A tabela abaixo lista os valores mínimos recozidos de acordo com ASTM B265 para chapas, chapas e tiras; O grau 23 atende adicionalmente à ISO 5832-3 para aplicações de implantes. Use-o como primeiro filtro e depois confirme com o certificado da fábrica do lote real.

Resistência à corrosão

Na maioria dos meios aquosos, os graus CP apresentam resistência à corrosão igual ou ligeiramente melhor que o Grau 5. O Grau 5 forma um filme passivo estável e tem bom desempenho em ácidos oxidantes e em muitos ambientes de cloreto, mas em ácidos redutores quentes e em serviços propensos a cloreto em fendas, os graus CP são a especificação mais segura. O grau 2, por exemplo, é virtualmente imune ao cloro úmido entre cerca de 10 graus e 80 graus, e é por isso que domina as tubulações e misturadores de plantas de alvejante-.

Formabilidade

Os graus CP, especialmente os graus 1 e 2, formam-se facilmente a frio e podem ser estirados profundamente, fiados e dobrados com tolerâncias modestas. O grau 5 tem capacidade de conformação a frio limitada e normalmente é formado-a quente; seu comportamento de retorno elástico e desgaste deve ser planejado nas ferramentas e na lubrificação.

Soldabilidade

Ambas as famílias soldam, mas as regras são diferentes. O grau 2 está entre os graus de titânio mais fáceis de soldar e é frequentemente usado para tubulações químicas soldadas. O grau 5 precisa de fio de enchimento correspondente ou ELI, limpeza completa da superfície e proteção rigorosa-com gás inerte; com essas medidas, proporciona soldas sólidas e dúcteis, embora as propriedades da zona-de solda possam cair abaixo da resistência-do metal base em seções espessas.

Custo

O grau 5 normalmente custa mais do que os graus CP devido aos elementos de liga e ao processamento adicional. A nota 23 (ELI) traz uma vantagem adicional impulsionada pelo baixo-controle intersticial e rastreabilidade de{4}}nível médico. Grau 2 é o padrão econômico para corrosão; O grau 1 custa de forma semelhante e troca um pouco de resistência pela máxima conformabilidade.

Faça essas cinco verificações em ordem e compare o custo e a disponibilidade de estoque.

Implante médico ou componente criogênico?Use Grau 23 (Ti-6Al-4V ELI) conforme ISO 5832-3, com oxigênio limitado a 0,13%.

Alta carga estrutural em temperatura moderada?Use Grau 5 (Ti-6Al-4V); confirme a espessura da seção em relação aos seus limites de tratamento térmico.

Serviço de corrosão aquosa (água do mar, cloro úmido, cloretos, ácidos)?Use Grau 2; escolha o Grau 1 quando a ductilidade e a conformação dominarem, como em trocadores de calor a placas.

Precisa de mais resistência do que o Grau 2, mantendo o desempenho de corrosão do CP?Use Grau 4 para fixadores e peças industriais-resistentes ao desgaste.

Tubulação-de parede fina que deve dobrar e soldar facilmente com resistência moderada?Use Grau 9 (Ti-3Al-2,5V).

Quando a classificação de um candidato satisfaz mais de uma rota, decida o fornecimento e o custo: a classificação 2 e a classificação 5 dominam a disponibilidade de estoque em todo o mundo, enquanto a classificação 23 e a classificação 9 geralmente exigem prazo de entrega e quantidades mínimas.

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Q1. A 5ª série é igual à 23ª série?

Não. Ambos são Ti-6Al-4V, mas Grau 23 é a versão ELI (intersticial extrabaixo) com oxigênio limitado a 0,13% em vez de 0,20%. O grau 23 é especificado para implantes cirúrgicos de acordo com a ISO 5832-3 e para serviço criogênico; custa mais e não substitui a 5ª série em engenharia geral.

Q2. Qual grau de titânio é melhor para água do mar?

Para tubulações, trocadores de calor e tanques, o Grau 2 é a escolha usual devido à sua combinação de resistência à corrosão, soldabilidade e custo. O grau 5 é usado para fixadores de água do mar e suportes estruturais onde a resistência é o requisito de controle.

Q3. Quais são as resistências à tração reais do Grau 5 e do Grau 2?

Mínimos recozidos de acordo com ASTM B265: Grau 5 tem resistência à tração de 895 MPa e rendimento de 828 MPa; O grau 2 tem tração de 345 MPa e rendimento de 275 MPa. Confirme sempre com o certificado do moinho, pois os valores reais variam de acordo com a forma do produto e o tratamento térmico.

Q4. O titânio grau 5 pode ser soldado?

Sim. Use fio de enchimento correspondente ou ELI, limpe completamente a área da junta e proteja a zona de solda com proteção de gás inerte. As soldas são sólidas e dúcteis quando essas condições são atendidas; a conformação a frio de Grau 5, por outro lado, é limitada.

Q5. Qual nota é a mais barata?

Entre os graus comuns, o Grau 2 é o padrão econômico para serviços de corrosão, com o Grau 1 em um nível semelhante. A 5ª série custa mais, e a 23ª série (ELI) é a mais cara das séries abordadas aqui devido ao baixo-controle intersticial e à rastreabilidade de-classificação médica.