Grade 5 frente a Grade 23 de titanio (Ti-6Al-4V frente a Ti-6Al-4V ELI): diferencias y cuándo utilizar cada uno

Grade 5 y Grade 23 son la misma aleación Ti-6Al-4V, pero Grade 23 es la versión con intersticiales extrabajos (ELI), con límites más estrictos de oxígeno y hierro. Grade 5 es ligeramente más resistente (895 MPa de resistencia a la tracción mínima frente a 828 MPa para Grade 23) y más económica. Grade 23 intercambia esa pequeña cantidad de resistencia por una tenacidad a la fractura sustancialmente mayor, mejor vida a fatiga y mejor ductilidad a baja temperatura. Utilice Grade 5 para piezas estructurales y mecanizadas generales de alta resistencia. Utilice Grade 23 (ELI) cuando la pieza sea crítica respecto a la fractura, esté sometida a fatiga, se utilice a baja temperatura o sea un implante quirúrgico según ASTM F136.

Titanium Grade 23 ELI bar marked with grade, annealed condition and size, with the heat number masked

Beiyu Titanium suministra Grade 5 (UNS R56400) conforme a ASTM B348 y AMS 4928, y Grade 23 conforme a ASTM B348 como UNS R56407 o a ASTM F136 como UNS R56401 para material de implantes quirúrgicos. Indique el documento de inspección requerido, los resultados que deben declararse y los campos de trazabilidad por número de colada en la solicitud de oferta y el pedido; Beiyu confirma el alcance documental acordado en la oferta.

Especificar incorrectamente una de estas dos calidades cuesta dinero en ambos casos. Si se sobredimensiona Grade 23 ELI para una pieza que solo necesitaba Grade 5, se paga el mayor coste de ELI por una tenacidad a la fractura que el diseño nunca utiliza. Si se especifica insuficientemente Grade 5 para una pieza crítica respecto a la fatiga o a la fractura, se ahorra un poco en material y se arriesga un fallo provocado por grietas. El objetivo de esta comparación es situarle en la versión que la pieza realmente necesita.

Son la misma aleación: la diferencia son los intersticiales

Ambas calidades son Ti-6Al-4V: titanio con aproximadamente 6 por ciento de aluminio y 4 por ciento de vanadio. La diferencia no son los elementos de aleación, sino el límite de los elementos intersticiales, principalmente el oxígeno, además del hierro:

  • Grade 5 (Ti-6Al-4V estándar) permite hasta aproximadamente 0,20 por ciento de oxígeno y hasta aproximadamente 0,40 por ciento de hierro.
  • Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) limita el oxígeno a aproximadamente 0,13 por ciento y el hierro a aproximadamente 0,25 por ciento.

ELI significa Extra Low Interstitial. El oxígeno y el hierro no son contaminantes en este caso, son elementos de refuerzo deliberados: una mayor cantidad aumenta la resistencia, pero reduce la tenacidad a la fractura y la ductilidad. Al mantenerlos bajos, Grade 23 sacrifica un poco de resistencia y gana mucha tenacidad. Esta única compensación explica todas las decisiones de selección siguientes.

Lo que realmente aporta esta compensación

Propiedad Grade 5 Grade 23 (ELI)
UNS R56400 R56407 (B348); R56401 (F136)
Resistencia a la tracción mínima 895 MPa 828 MPa
Límite elástico mínimo 828 MPa 759 MPa
Límite de oxígeno (aprox.) 0,20 por ciento 0,13 por ciento
Límite de hierro (aprox.) 0,40 por ciento 0,25 por ciento
Tenacidad a la fractura Buena Sustancialmente mayor
Tolerancia a la fatiga y al daño Buena Mejor
Ductilidad a baja temperatura Buena Mejor
Coste relativo Menor Mayor

Los valores mecánicos mostrados son valores mínimos de comparación de los contextos ASTM citados. La norma aplicable, su revisión, la forma del producto y el estado rigen el pedido; el documento de inspección solicitado declara los resultados de inspección específica aplicables.

Las cifras principales hacen que Grade 5 parezca más resistente, y lo es, aproximadamente un 8 por ciento en resistencia a la tracción mínima. Pero la resistencia rara vez es la propiedad que provoca el fallo de una pieza de Ti-6Al-4V en servicio exigente. Las grietas sí lo hacen. Grade 23 resiste mejor la iniciación y el crecimiento de grietas, tolera mejor los defectos y conserva mejor su ductilidad en frío. Cuando una pieza está cargada estáticamente y la resistencia es determinante, Grade 5 ofrece ventaja de coste. Cuando una pieza está sometida a ciclos, impactos, funciona en frío o no debe fallar de forma catastrófica, Grade 23 justifica su mayor coste.

Cuándo utilizar Grade 5

Grade 5 es el Ti-6Al-4V predeterminado cuando priman la resistencia y el coste, y la tenacidad a la fractura no es el factor limitante del diseño.

Cuándo Grade 5 es la elección adecuada Qué lo determina Norma habitual
Piezas estructurales mecanizadas y soportes Carga estática, sin servicio crítico para la fractura ASTM B348
Ejes, elementos de fijación y accesorios de alta resistencia La resistencia determina la elección, no el crecimiento de grietas ASTM B348
Mecanizado aeroespacial general El plano especifica Grade 5 estándar ASTM B348 o AMS 4928
Herrajes industriales y marinos Soporta carga sin fatiga de alto número de ciclos ASTM B348 o B381

Si el plano indica Grade 5 y la pieza no es crítica para la fatiga o la fractura, no actualice a ELI. El coste adicional compra una tenacidad que la pieza no utilizará.

Cuándo utilizar Grade 23 (ELI)

Grade 23 se especifica cuando la tolerancia al daño, la vida a fatiga o el comportamiento a baja temperatura prevalecen sobre los últimos pocos porcentajes de resistencia.

Cuando se requiera Grade 23 ELI Qué lo determina Norma habitual
Implantes quirúrgicos y dispositivos médicos La tenacidad a la fractura y la vida a fatiga son obligatorias; la composición química ELI se especifica en la norma ASTM F136
Piezas aeroespaciales y estructurales críticas para la fractura Una grieta no debe alcanzar la rotura entre inspecciones ASTM B348 Grade 23
Componentes sometidos a fatiga Servicio con carga rotativa o cíclica ASTM B348 Grade 23
Servicio criogénico y a baja temperatura ELI mantiene una ductilidad que el Grade 5 estándar pierde ASTM B348 Grade 23

Para material de implante, Grade 23 según ASTM F136 no es intercambiable con Grade 5. La norma, la composición química y la documentación forman parte del requisito, no son una opción.

El número UNS correcto

Para Ti-6Al-4V ELI, el número UNS no es una propiedad de la calidad, sino una propiedad de la norma que cita el pedido. Dos números diferentes son correctos, según la especificación incluida en el pedido.

Norma en el pedido Forma Calidad UNS en el certificado
ASTM B348 Barra y tocho Grade 23 ELI R56407
ASTM B265 Chapa gruesa, chapa fina, fleje Grade 23 ELI R56407
ASTM B381 Piezas forjadas Grade 23 ELI (F-23) R56407
ASTM B863 Alambre Grade 23 ELI R56407
ASTM F136 Barra y alambre para implantes quirúrgicos Ti-6Al-4V ELI R56401
Cualquiera de los anteriores Todas las formas Norma de Grade 5 R56400

Esto es importante en el pedido y en el certificado, porque un comprador, un auditor o un control aduanero verifica la calidad frente al UNS, y una discrepancia genera una alerta durante la cualificación del proveedor. Cite la norma y el número UNS juntos para que el certificado indique el número que espera el plano.

Cómo especificar cualquiera de las dos calidades

Campo de RFQ Qué indicar Por qué cambia la oferta
Calidad, UNS y norma Grade 5 o Grade 23, el número UNS y ASTM B348, AMS 4928 o ASTM F136 Determina qué límites de composición química y qué certificado se aplican
Forma y dimensiones Diámetro y longitud para barra, espesor para chapa gruesa, dimensiones para piezas forjadas Determina la ruta de fábrica y el sobrante de corte
Condición Indique el estado y cualquier requisito de tratamiento térmico del plano, la norma aplicable o el pedido Cambia las propiedades mecánicas y el tiempo de procesamiento
Alcance de la inspección Para piezas críticas para fractura o implantes, indique el ensayo ultrasónico y la clase de aceptación Añade una operación y un coste reales, por lo que no puede suponerse
Paquete de certificados Indique el tipo de documento de inspección requerido y los resultados que deben declararse, incluido EN 10204 3.1 cuando se solicite Determina qué documentación se envía con el material

Indicar por adelantado el servicio y el requisito de fatiga o fractura permite confirmar la versión correcta antes de la oferta, en lugar de descubrir después del mecanizado que se suministró la calidad incorrecta.

Cómo Beiyu Titanium suministra Grade 5 y Grade 23

Forma Norma Calidades suministradas
Barra y tocho ASTM B348, AMS 4928 Grade 5 (R56400), Grade 23 (R56407)
Chapa gruesa y chapa fina ASTM B265 Grade 5, Grade 23
Piezas forjadas ASTM B381 Grade 5, Grade 23
Barra y alambre para implantes ASTM F136 Ti-6Al-4V ELI (R56401)

Envíe el servicio de la pieza, la calidad, el número UNS, la norma aplicable, la forma del producto y el alcance requerido del documento de inspección. Beiyu confirma la vía disponible, los campos de trazabilidad y los resultados de ensayos que se declaran en la oferta antes de autorizar el pedido.

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Acerca del autor

Penn Ma dirige el negocio internacional de Beiyu Titanium y responde personalmente a sus solicitudes de oferta, comprobando la calidad, la norma, las dimensiones, la tolerancia y el alcance del certificado frente a la capacidad de la fábrica antes de comunicar un precio. Cuenta con 15 años de experiencia en la exportación de titanio, con barras, varillas, chapas gruesas, tubos, bloques, anillos, bobinas, lingotes, piezas forjadas y piezas mecanizadas, y utiliza a diario documentación EN 10204 3.1 y trazabilidad por número de colada. Antes de Beiyu trabajó en Koch (Koch-Glitsch) y participó directamente en la ejecución de un proyecto petroquímico de SABIC en Fujian, China, de donde proceden las prácticas del comprador que sustentan este sitio: planes de inspección y ensayo, certificación de materiales y trazabilidad por número de colada, coordinación de la inspección por tercera parte y control de expedientes de proyecto. Leer el perfil completo del autor.

Detalles de especificación con fuentes

La diferencia de composición química es más amplia que las líneas de oxígeno y hierro que suelen citarse. ASTM B348 La Tabla 1 también reduce el máximo de nitrógeno del 0.05 por ciento para Grade 5 al 0.03 por ciento para Grade 23 y el máximo de hidrógeno del 0.015 al 0.0125 por ciento, por lo que los cuatro controles de intersticiales se estrechan conjuntamente en la versión ELI. El alargamiento no las diferencia, ya que B348 fija un mínimo del 10 por ciento en 4D para ambas calidades, por lo que un inspector de recepción distingue las dos por el análisis de colada comunicado y no por la línea de ductilidad del certificado.

Una línea de aceptación va en sentido contrario: ASTM B348 exige una reducción de área mínima del 25 por ciento para barra Grade 5 recocida, pero del 15 por ciento para Grade 23 recocida, por lo que un plano que exija un 25 por ciento en barra ELI supera la norma y corresponde incluirlo en el pedido como requisito suplementario. Los equivalentes aeroespaciales son SAE AMS 4928 para barra y piezas forjadas recocidas de calidad estándar y AMS 4930 para ELI recocido, mientras que ASTM F136 indica mínimos de 860 MPa de resistencia a la tracción y 795 MPa de límite elástico para barra de implantes en secciones de 4.75 a menos de 44.45 mm.

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