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.
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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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.