Grade 2 frente a Grade 5 de titanio (titanio CP frente a Ti-6Al-4V): corrosión frente a resistencia, y cómo elegir

Grade 2 es la calidad que se especifica cuando una pieza debe resistir un medio. Grade 5 es para piezas que soportan carga. Una vez que se sabe cuál de estas dos funciones predomina, la calidad está casi decidida, y el trabajo restante corresponde a la forma de producto, la condición y los documentos.

Grade 2 es titanio comercialmente puro, UNS R50400, que contiene solo pequeñas cantidades controladas de oxígeno y hierro. Grade 5 es la aleación Ti-6Al-4V, UNS R56400, con aproximadamente 6 por ciento de aluminio y 4 por ciento de vanadio. Estas adiciones proporcionan un nivel de resistencia mucho mayor y reducen parte de la soldabilidad y la conformabilidad en frío que hacen que el titanio comercialmente puro sea fácil de transformar en equipos.

Especificar Grade 5 para un servicio de corrosión que nunca soporta una carga real significa pagar por una resistencia que la pieza nunca utilizará y después trabajar con una aleación más dura en cada soldadura y cada operación de conformado. El error opuesto es peor. Grade 2 colocado bajo una trayectoria de carga dimensionada para Ti-6Al-4V cede.

Metal puro frente a aleación

El titanio comercialmente puro conserva las propiedades que hacen atractivo al metal para los fabricantes: comportamiento frente a la corrosión sin complicaciones de aleación, soldaduras que mantienen la ductilidad y chapa fina que admite conformado en frío. Ti-6Al-4V intercambia parte de ese comportamiento de fabricación por resistencia y rigidez. Todas las diferencias siguientes se derivan de esta división.

La misma diferencia aparece en propiedades que nadie comprueba al hacer esta comparación. Grade 5 conduce la corriente eléctrica y el calor aproximadamente tres veces peor que Grade 2, lo que solo importa en unas pocas piezas, pero queda determinado en el momento de elegir la calidad. Resistividad y conductividad térmica por calidad expone las cifras.

Resistencia y base de la comparación

Los requisitos mínimos de resistencia a la tracción y límite elástico de Grade 5 se sitúan muy por encima de Grade 2 en las rutas donde ambas calidades aparecen bajo la misma norma de producto. Cada mínimo corresponde a una norma, forma de producto y condición específicas, y los valores que rigen un pedido proceden de la tabla de la revisión indicada en dicho pedido. La densidad es casi idéntica, aproximadamente 4,5 g/cm3 para Grade 2 y aproximadamente 4,4 g/cm3 para Grade 5, por lo que la resistencia adicional de la aleación se obtiene con prácticamente el mismo peso.

La fila de resistencia se mantiene cualitativa deliberadamente. Las cifras extraídas de su contexto son la forma en que un valor de chapa gruesa termina en una discusión de aceptación de barra, por lo que los números deben leerse en la norma aplicable y su revisión, para la forma y condición pedidas, e informarse respecto a ese pedido.

Corrosión: ambas calidades se pasivan, una se compra por ello

Ambas forman la misma película protectora de óxido, por lo que ambas resisten en agua de mar, cloruros, ácidos oxidantes y muchos medios de proceso. Lo que las diferencia es el propósito. Grade 2 llega al plano porque la corrosión predomina y porque el titanio comercialmente puro se suelda en equipos para corrosión sin dificultades. Grade 5 llega al plano porque algo debe soportarse, y su comportamiento frente a la corrosión, por bueno que sea, queda fuera de esa decisión. Los ácidos reductores agresivos y las condiciones de resquicio en caliente superan a ambas calidades simples; estos servicios corresponden a Grade 7 o Grade 12.

Soldadura, conformado y mecanizado

Grade 2 se suelda fácilmente y la soldadura mantiene su ductilidad, por lo que los fabricantes lo utilizan habitualmente para equipos de titanio soldados. Grade 5 puede soldarse, pero el proceso requiere un control más estricto, por lo que las fabricaciones soldadas de Grade 5 son menos frecuentes.

El conformado se divide de la misma manera. Grade 2 se conforma en frío en piezas de chapa fina, tubo y equipos fabricados. Grade 5 tiene una conformabilidad en frío limitada y normalmente alcanza su forma en caliente o mediante mecanizado a partir de material macizo.

Ambas calidades se mecanizan. Grade 5 es más exigente para las herramientas, y un taller que cotice una pieza de Ti-6Al-4V preverá más desgaste que el que causaría la misma geometría en Grade 2.

Los fabricantes eligen habitualmente Grade 2 para intercambiadores de calor, tanques, revestimientos de equipos a presión y equipos químicos. Se trata de servicios de corrosión soldados y conformados, por lo que una resistencia de aleación no utilizada puede añadir trabajo de fabricación sin mejorar la decisión de servicio.

Dónde se utiliza cada calidad

Grade 2 cubre los servicios dominados por el servicio de corrosión y la fabricación:

• Intercambiadores de calor, condensadores y placas tubulares.
• Equipos de proceso químico, depósitos, reactores y revestimientos de recipientes.
• Tuberías y componentes marinos y para agua de mar.
• Ánodos, electrodos y equipos electroquímicos.
• Fabricación de titanio soldada o conformada en general.

Grade 5 cubre las piezas que soportan la carga:

• Piezas estructurales aeroespaciales, soportes y accesorios.
• Elementos de fijación, pernos, ejes y resortes.
• Componentes mecanizados de alta resistencia.
• Componentes deportivos y de alto rendimiento donde la relación resistencia-peso guía el diseño.

Cuando un diseño necesita tanto alta resistencia como la mejor resistencia al resquicio o a ácidos reductores, la respuesta es una calidad más específica revisada por un ingeniero de corrosión, y ninguna de estas dos por defecto.

Formas de producto y la norma correspondiente a cada una

Las dos calidades no comparten una única lista de normas, y fusionarlas es donde comienzan los errores de pedido. Grade 2 (R50400) se suministra como chapa fina y chapa gruesa según ASTM B265, tubo según ASTM B338, y barra según ASTM B348. La tubería Grade 2 sigue una vía independiente: ASTM B861 para tubo sin soldadura, ASTM B862 para tubo soldado. Grade 5 (R56400) se suministra como barra según ASTM B348 o AMS 4928, chapa gruesa según ASTM B265 y piezas forjadas según ASTM B381. ASTM B338 cubre el tubo Grade 2 y no incluye Grade 5, por lo que un requisito de tubo Grade 5 no puede utilizar esa vía.

La barra es la forma en la que termina una comparación a nivel de material. El diámetro, el estado de suministro, el sobremetal de mecanizado y las líneas de consulta que distinguen un pedido de barra Grade 2 de uno Grade 5 pertenecen a la guía de selección de calidad de barra de titanio, que aborda las decisiones sobre tamaño de barra, estado, mecanizado y RFQ en lugar de la elección de material tratada aquí.

Qué determina la consulta

Una consulta que indica una calidad y nada más deja demasiados aspectos abiertos para establecer un precio. Cuatro elementos la cierran:

• La calidad y el número UNS con la norma aplicable, y la revisión cuando un plano indica una.
• Si la corrosión o la carga mecánica rige la pieza, lo que confirma la calidad en lugar de la preferencia.
• Forma y dimensiones, con el estado y el requisito de superficie tomados del plano, la norma aplicable o el pedido.
• El alcance de inspección y documentación que necesita, incluido el tipo de certificado y los resultados que deben notificarse, acordado para ese pedido en lugar de supuesto.

Cómo Beiyu Titanium suministra Grade 2 y Grade 5

Beiyu suministra barra Grade 2 según ASTM B348, chapa fina y chapa gruesa según ASTM B265, y tubo según ASTM B338. Las vías para Grade 5 incluyen barra ASTM B348 o AMS 4928, chapa fina y chapa gruesa ASTM B265, y piezas forjadas ASTM B381. Inicie la consulta con el requisito aplicable, corrosión o carga, y después indique la calidad, forma, dimensiones, estado, norma aplicable y el alcance documental que necesita. La vía de producto disponible, los campos de trazabilidad y los resultados notificados se incluyen en la oferta para ese pedido.

La comparación depende de valores, por lo que el método que los sustenta forma parte de ella

Una comparación de calidades solo es tan fiable como los valores que compara. Dos certificados que indican el mismo valor de oxígeno obtenido por métodos diferentes no responden a la misma pregunta, por lo que ASTM B348 identifica los métodos en los que se basa en lugar de dejarlos a criterio de la fábrica.

Indicar un método aclara cómo se obtuvo un valor. No añade un examen que el pedido no haya solicitado, ni hace que un análisis de colada y un análisis posterior del producto sean intercambiables.

Qué no puede resolver la comparación por usted

Elegir entre Grade 2 y Grade 5 responde a la columna izquierda. La columna derecha aún debe incluirse en el pedido, sea cual sea la calidad elegida.

Para conocer quién más publica este material y qué declara cada uno, consulte Proveedores de elementos de fijación de titanio Grade 5: comparación de páginas de cinco empresas.

Detalles de especificación con fuentes

La diferencia de resistencia la establece ASTM B265, Tabla 2: Grade 2 debe alcanzar una resistencia a la tracción mínima de 345 MPa con un alargamiento mínimo del 20%, mientras que Grade 5 (Ti-6Al-4V) debe alcanzar 895 MPa con un alargamiento mínimo del 10%. Grade 5 proporciona aproximadamente 2.6 veces el mínimo de resistencia; Grade 2 mantiene el doble del mínimo de ductilidad.

La composición determina el resto del equilibrio: Grade 5 contiene de 5,50 a 6,75% de Al y de 3,50 a 4,50% de V, según ASTM B265, tabla 1, lo que sitúa la densidad en 4,43 g/cm³ frente a 4,51 g/cm³ para Grade 2 (ASM Handbook, vol. 2), pero hace que la soldadura y el conformado en frío sean más exigentes que en la calidad sin alear.