Tabla de calidades de titanio: comparación de todas las calidades ASTM con UNS y propiedades

ASTM numera las calidades de titanio desde Grade 1 en adelante y deja 8, 10 y 22 sin asignar, por lo que el recuento depende de la norma y la edición que se consulte. Alrededor de una docena representan casi todos los pedidos comerciales. Se dividen en dos familias: titanio comercialmente puro, donde el contenido de oxígeno y hierro determina la resistencia, y aleaciones de titanio con aluminio, vanadio, paladio, molibdeno o níquel. Los compradores eligen primero según las condiciones de servicio y después según la resistencia.

Calidades de titanio de un vistazo

La tabla siguiente abarca las doce calidades que representan la mayor parte de los pedidos comerciales de titanio. Los valores de resistencia a la tracción son los mínimos en estado recocido exigidos por ASTM B265 (fleje, chapa fina y chapa gruesa) y ASTM B348 (barra y tocho), que especifican cifras idénticas para estas calidades. El alargamiento se mide en 2 in. o 50 mm según B265 y en 4D según B348.

La columna Werkstoffnummer incluye también, tras la barra, la designación francesa: T35 para Grade 1, T40 para Grade 2 y T60 para Grade 4.

Dos notas antes de que esta tabla llegue a un pedido. La densidad es una propiedad física nominal, no un requisito de ASTM, por lo que nunca aparece en un certificado de materiales como valor ensayado. Además, el número UNS de Grade 23 depende de la norma: para las especificaciones de productos de fábrica de la serie B ASTM B265, B348, B381 y B863, la referencia cruzada es R56407, mientras que ASTM F136 para implantes quirúrgicos lo denomina R56401, y escribir el incorrecto es una causa común de rechazo de material. Los planos europeos suelen utilizar en su lugar el número de material DIN, que nuestro Correspondencia entre Werkstoffnummer y ASTM asigna en ambos sentidos.

Calidades de titanio comercialmente puro 1 a 4

Las cuatro calidades comercialmente puras son titanio no aleado sin adiciones intencionales de aleación. Lo que las diferencia no es la pureza en un sentido impreciso. Es el nivel permitido de oxígeno y nitrógeno intersticiales, además de hierro sustitutivo, que la norma permite deliberadamente porque aumentan la resistencia. ASTM B861 lo indica en la redacción de su propio alcance: Grade 1 es titanio no aleado con bajo oxígeno, Grade 2 con oxígeno estándar, Grade 3 con oxígeno medio.

Al leer hacia abajo la fila de oxígeno y hacia arriba la fila de alargamiento, la familia adquiere sentido. El oxígeno pasa de 0,18 a 0,40 por ciento, la resistencia mínima a la tracción se duplica con creces y el alargamiento cae de 24 a 15 por ciento. Grade 4 no es de menor calidad que Grade 1; contiene deliberadamente más oxígeno y hierro para obtener resistencia, a costa de conformabilidad y ductilidad de soldadura. Los límites de carbono e hidrógeno no cambian entre las cuatro, y el hidrógeno con un máximo de 0,015 por ciento es el que debe vigilarse en el certificado, ya que las plaquetas de hidruro fragilizan el material sin modificar los valores de tracción. El límite elástico también tiene un máximo en ASTM B265, porque una chapa fina que exceda el intervalo no se conformará en las formas para las que se adquieren estas calidades.

Un aspecto que los gráficos publicados de calidades presentan incorrectamente: ASTM no especifica aquí ningún porcentaje mínimo de titanio. Tanto B265 como B348 establecen que el titanio se determina por diferencia, por lo que cifras como 99,5 por ciento puro son restos aritméticos de los máximos de los elementos, no algo que alguien certifique. En la práctica Grade 2 es la calidad de mayor volumen, Grade 1 se selecciona cuando la pieza se embute intensamente o se utiliza como sustrato de ánodo o revestimiento suelto, y Grades 3 y 4 aparecen cuando una pieza a presión necesita resistencia de nivel de aleación con comportamiento a la corrosión de material no aleado. Las rutas de producto se exponen en nuestras Guía de chapa fina y chapa gruesa ASTM B265 y guía de barras y tochos ASTM B348.

Calidades de aleaciones de titanio

Grade 5, Ti-6Al-4V

Grade 5 es la aleación de titanio más solicitada. ASTM permite 5,5 a 6,75 por ciento de aluminio y 3,5 a 4,5 por ciento de vanadio, oxígeno 0,20 por ciento máx. y hierro 0,40 por ciento máx. Los mínimos en estado recocido son 895 MPa de resistencia a la tracción y 828 MPa de límite elástico con 10 por ciento de alargamiento, aproximadamente tres veces el límite elástico de Grade 2 con 98 por ciento de la densidad. Responde al tratamiento de solubilización y envejecimiento, por lo que debe indicarse la condición o la fábrica suministra material recocido. Es soldable, pero requiere un control más estricto que el titanio comercialmente puro y se mecaniza más lentamente.

Grade 9, Ti-3Al-2.5V

Grade 9 se sitúa entre las calidades CP y Grade 5, con un mínimo de 620 MPa de resistencia a la tracción y 483 MPa de límite elástico, 15 por ciento de alargamiento. El contenido reducido de 3 por ciento de aluminio y 2,5 por ciento de vanadio deja suficiente ductilidad para estirar y doblar en frío, por lo que domina los tubos de titanio para líneas hidráulicas, conductos aeroespaciales y cuadros de bicicleta. Supone una mejora de resistencia-peso respecto a Grade 2, no una mejora frente a la corrosión: en agua de mar o ácido, las calidades prioritarias para corrosión siguen siendo la solución. Las rutas de tubos se exponen en la Guía de tubo y tubería ASTM B338.

Grade 23, Ti-6Al-4V ELI

Grade 23 es Grade 5 con los intersticiales reducidos: oxígeno 0.13 en lugar de 0.20 por ciento, hierro 0.25 en lugar de 0.40, nitrógeno 0.03 en lugar de 0.05, hidrógeno 0.0125 en lugar de 0.015, aluminio limitado a 6.5 en vez de 6.75. ELI significa extra bajo contenido de intersticiales. Esto aumenta la tenacidad a la fractura y la tolerancia al daño, y mejora el comportamiento criogénico, a costa de resistencia: los mínimos bajan a 828 MPa de resistencia a la tracción y 759 MPa de límite elástico. Esta contrapartida es la razón misma de la existencia de la calidad, y se analiza frente a Grade 5 en nuestra Comparación de Grade 5 y Grade 23 lado a lado.

Grade 23 también es donde la numeración UNS causa confusión. Como barra según ASTM B348, chapa gruesa según B265, piezas forjadas según B381 o alambre según B863, es UNS R56407. Como material para implantes quirúrgicos según ASTM F136 es UNS R56401, y F136 no es simplemente una versión más estricta del mismo documento: establece mínimos de tracción superiores, permite más nitrógeno, 0.05 en lugar de 0.03 por ciento, y limita más el hidrógeno, 0.012 en lugar de 0.0125 por ciento. La misma aleación, distintos criterios de aceptación. Nombre la norma, no solo la calidad.

Calidades resistentes a la corrosión: 7, 11, 12, 16, 17

El titanio resiste la corrosión mediante una película pasiva de dióxido de titanio. En condiciones oxidantes y de cloruros neutros, esa película se regenera tan rápido como se daña, por lo que Grade 2 soporta agua de mar indefinidamente. En ácidos reductores y dentro de resquicios estrechos donde se consume el oxígeno, la película no puede repararse y el titanio no aleado se corroe activamente. Cuatro de estas cinco calidades lo resuelven con una pequeña adición del grupo del platino; la quinta utiliza un mecanismo diferente.

El paladio actúa como cátodo de baja sobretensión de hidrógeno. Unas pocas centésimas de porcentaje desplazan el potencial de la aleación hacia el intervalo pasivo, de modo que la película de óxido se regenera donde de otro modo no lo haría. Grades 7 y 11 contienen 0,12 a 0,25 por ciento de paladio; Grades 16 y 17 contienen 0,04 a 0,08 por ciento, aproximadamente un tercio del paladio y la mayor parte del beneficio en servicios menos agresivos. Estas son calidades de paladio, no calidades de rutenio: los equivalentes de rutenio son Grade 26 y Grade 27, ambas con 0,08 a 0,14 por ciento de rutenio, desarrolladas cuando el precio del paladio encareció la familia Grade 7. La correspondencia es sistemática, cada calidad de paladio se basa en una base comercialmente pura, y las propiedades mecánicas proceden de esa base y no de la adición, por lo que Grade 7 y Grade 2 comparten los mínimos de tracción.

Grade 12 es la excepción y la más malinterpretada: no contiene ningún metal del grupo del platino. El molibdeno y el níquel elevan la resistencia hasta un mínimo de 483 MPa de resistencia a la tracción y aumentan el umbral de corrosión por resquicio, por lo que se especifica para salmuera caliente en lugar de ácido frío. La regla práctica: un ácido reductor apunta a Grade 7 o Grade 16, cloruros calientes apuntan a Grade 12, y cuando se aplican ambos, la elección requiere un ingeniero de corrosión en lugar de una tabla. La selección medio por medio se trata en nuestra guía de selección de calidades de titanio para procesamiento químico.

Aleaciones de titanio alfa, alfa-beta y beta

El titanio puro cambia de estructura cristalina a aproximadamente 882 grados C, de alfa hexagonal compacta por debajo a beta cúbica centrada en el cuerpo por encima. Los elementos de aleación se clasifican según la fase que estabilizan: aluminio, oxígeno, nitrógeno y estaño estabilizan alfa, mientras que vanadio, molibdeno, niobio, hierro, cromo y níquel estabilizan beta. El equilibrio determina el comportamiento de una calidad en tratamiento térmico y conformado.

Calidades alfa y casi alfa

Las calidades comercialmente puras 1 a 4 y las calidades con paladio 7, 11, 16 y 17 son alfa monofásicas con como máximo trazas de beta. Grade 12 es casi alfa, principalmente alfa con un poco de beta debido a su molibdeno y níquel. Ninguna puede reforzarse mediante tratamiento térmico; la resistencia procede del contenido intersticial y del trabajo en frío, que es precisamente la razón por la que la sección CP anterior es una tabla de composición química. Se suministran recocidas, se sueldan fácilmente y mantienen sus propiedades a temperatura.

Calidades alfa-beta

Grades 5 y 23 son las aleaciones alfa-beta clásicas, con ambas fases presentes a temperatura ambiente y una respuesta real al tratamiento de solubilización y envejecimiento. Grade 9 normalmente se clasifica como casi alfa, con solo unos pocos porcentajes de beta, razón por la que conserva suficiente ductilidad para ser trefilada en frío para fabricar tubo; algunas referencias la agrupan en cambio con las aleaciones alfa-beta de baja aleación. Dado que un número UNS cubre material recocido, tratado en solución y envejecido con resistencias muy diferentes, la condición debe figurar en el pedido.

Calidades beta

Grades 19, 20 y 21 contienen suficiente estabilizador beta para conservar la fase beta al enfriarse. Se conforman bien en frío cuando están tratadas por solubilización y después se envejecen hasta alcanzar las resistencias más altas del sistema ASTM: B348 establece un mínimo de 1138 MPa para Grades 19 y 20 y de 1172 MPa para Grade 21 en el estado envejecido de alta resistencia, frente a 895 MPa para Grade 5. El coste las deja fuera de los pedidos industriales habituales.

La consecuencia para el pedido es directa. Para una calidad alfa, la condición no es una variable y el certificado muestra propiedades de recocido. Para una calidad alfa-beta o beta, omitir la condición en el pedido significa que el nombre de la calidad por sí solo no define la pieza, y las temperaturas de conformado respecto al transus beta cambian según la clase.

Grade 19 y Grade 29: las dos calidades que esta tabla no incluye

La tabla comparativa anterior termina en Grade 23. Dos calidades que quedan fuera aparecen con suficiente frecuencia en los planos como para mencionarlas: Grade 19, una aleación beta, y Grade 29, que tiene la composición química de Grade 23 con rutenio añadido. Las identidades de las aleaciones que figuran a continuación son las que ASTM B348 indica en su apartado de alcance 1.1; los límites de composición química y tracción son los que ASTM B265 recoge en sus tablas, por lo que son los valores de chapa fina, fleje y chapa gruesa, no una referencia general. Un pedido de barras o piezas forjadas de cualquiera de las dos calidades se rige por su propia norma de producto y sus propias tablas.

Aquí se omite deliberadamente una columna de la tabla principal. Las tablas de la serie ASTM B indican las calidades por número y no imprimen un número UNS junto a ellas, por lo que un pedido que necesite una referencia UNS tiene que nombrar la especificación que la contiene en lugar de esperar que la norma de producto la proporcione. La nota A de la tabla de ASTM B265 añade que los mínimos tabulados se aplican tanto a los ensayos longitudinales como a los transversales, y que las propiedades del material no recocido o de la chapa gruesa de más de 25 mm (1 in.) de espesor se acuerdan entre comprador y proveedor.

Qué calidades existen en qué formas de producto

Una calidad solo puede pedirse en una forma si una norma cubre la combinación, y las lagunas pueden causar problemas. ASTM B338, la norma para tubos de condensador e intercambiador de calor, no incluye Grade 4, Grade 5 ni Grade 23 entre sus 28 calidades, y las normas para tubo B861 y B862 no incluyen Grade 4.

Una laguna no siempre significa que el material no pueda fabricarse. Existe tubo de Grade 5, pero se compra conforme a una especificación aeroespacial o a las normas para tubo en lugar de B338, y la barra y el alambre para implantes de Grade 23 se compran conforme a ASTM F136 en lugar de B348 o B863. Lo que sí significan las lagunas es que la norma indicada en el pedido debe cubrir la calidad en esa forma, o la fábrica no tendrá criterios de aceptación frente a los que certificar.

Cómo elegir una calidad de titanio

Parta de la condición de servicio en lugar del nombre de la calidad, en este orden.

Conviene mencionar dos patrones de fallo. El primero es optar por defecto por Grade 5 porque es el más resistente: no supera a Grade 2 en agua de mar ni en ácido, y cuesta más comprarlo, soldarlo y mecanizarlo. El segundo es tratar Grade 9 como una mejora de corrosión: aporta relación resistencia-peso, no margen de corrosión. Para la decisión directa entre titanio comercialmente puro y Ti-6Al-4V en las distintas formas de producto, lea la Comparación de titanio Grade 2 frente a Grade 5.

Cómo especificar una calidad de titanio en un pedido

Una partida que una fábrica puede certificar necesita siete elementos: forma de producto, norma aplicable y calidad, número UNS, dimensiones con clase de tolerancia, condición, condición superficial y requisito de ensayos y certificado. Por ejemplo: barra de titanio, ASTM B348 Grade 23, UNS R56407, 40 mm de diámetro, recocido, rectificado sin centros, EN 10204 3.1 con trazabilidad por número de colada. Cuando la forma de producto es barra y la calidad sigue sin definirse, utilice la guía de selección de calidad de barra de titanio antes de fijar la línea de pedido.

La mayor parte del material rechazado se debe a una de dos omisiones. La primera es indicar una calidad sin una norma, lo que afecta especialmente a Grade 23: conforme a ASTM B348 es UNS R56407 con un mínimo de resistencia a la tracción de 828 MPa, conforme a ASTM F136 es UNS R56401 con un mínimo más alto y diferentes límites intersticiales. La segunda es dejar en blanco la condición en una calidad alfa-beta o beta, donde un número de calidad cubre material recocido y envejecido separados por cientos de megapascales.

Beiyu Titanium suministra productos de fábrica de titanio conforme a las especificaciones ASTM y AMS. Cuando se requieran documentación EN 10204 3.1 y trazabilidad por número de colada o lote, indique los resultados solicitados y los campos de trazabilidad en la solicitud de oferta. Envíe la forma del producto, la calidad, la norma aplicable, las dimensiones, la cantidad, el estado y el medio de servicio, y Beiyu confirma el material aplicable y el alcance documental en la oferta.

¿Cuántas calidades de titanio existen?

No existe un único número, y cualquier respuesta dada sin indicar una norma es una estimación. ASTM asigna números de calidad dentro de sus especificaciones de productos de fábrica, por lo que el recuento cambia con la especificación y la edición. ASTM B265 y B348 enumeran 35 calidades numeradas, Grade 1 a 7, 9, 11 a 21 y 23 a 38, porque 8, 10 y 22 no están asignados en la serie B; las ediciones posteriores de ambas han ampliado aún más el intervalo. Las normas más restringidas incluyen menos: ASTM B338 cubre 28 calidades y ASTM B861 cubre 34. Además de los números están las variantes 2H, 7H, 16H y 26H, que comparten la composición química de la calidad base pero garantizan una resistencia mínima a la tracción más alta para trabajos en equipos a presión.

Una corrección, porque el error circula ampliamente en sitios de proveedores: Grade 6 sí existe. Es Ti-5Al-2.5Sn, UNS R54520, incluida en ASTM B265 y B348 con un mínimo de resistencia a la tracción de 828 MPa. Grades 8, 10 y 22 son los números realmente ausentes de la serie B. Los pedidos comerciales se concentran en aproximadamente doce calidades: 1, 2, 3, 4, 5, 7, 9, 11, 12, 16, 17 y 23.

¿Qué calidad de titanio es la mejor?

Las calidades de titanio se corresponden con un servicio en lugar de clasificarse por rango, por lo que la cuestión solo se resuelve una vez indicada la condición de servicio. Grade 2 es la opción predeterminada para agua de mar y trabajos generales de corrosión, y es el material con el que se fabrica la mayor parte de los equipos. Grade 5 es la mejor opción cuando una pieza soporta carga y debe mecanizarse. Grades 7 y 11 proporcionan el mayor margen de corrosión en ácidos reductores y resquicios, Grades 16 y 17 cubren el mismo servicio con menor contenido de paladio, y Grade 12 toma el relevo en salmueras calientes con cloruros. Grade 23 solo es adecuada cuando se requiere tenacidad a la fractura o conformidad para implantes.

¿Cuál es la calidad de titanio más resistente?

Entre las calidades pedidas en volumen industrial normal, Grade 5 es la más resistente, con un mínimo de resistencia a la tracción recocida de 895 MPa (130 ksi). Existen valores más altos en el sistema ASTM: B348 establece un mínimo de 1138 MPa para las aleaciones beta Grades 19 y 20, y de 1172 MPa para Grade 21, en condición envejecida de alta resistencia. La calidad comercialmente pura más resistente es Grade 4 con 550 MPa. Grade 23, pese a ser el Ti-6Al-4V de mayor precio, tiene mínimos inferiores a Grade 5 porque intercambia resistencia por tenacidad a la fractura.

¿Qué calidad de titanio se utiliza para implantes médicos?

Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) y las calidades comercialmente puras son los materiales para implantes, pero la norma importa más que el nombre de la calidad. El material para implantes se compra conforme a ASTM F136 para Ti-6Al-4V ELI, que lleva UNS R56401, o conforme a ASTM F67 para titanio no aleado. La misma aleación comprada como barra para ingeniería general conforme a ASTM B348 lleva UNS R56407 y un mínimo de resistencia a la tracción inferior, y no es intercambiable con material F136 para uso en implantes.

Cómo se miden los valores de estas tablas

Una tabla de calidades proporciona límites. No indica cómo se obtuvo un valor, y dos certificados que citan la misma cifra mediante métodos distintos no responden a la misma pregunta. ASTM B348 resuelve esto indicando los métodos de ensayo en los que se basa, para que el fundamento pueda comprobarse en lugar de presuponerse.

Estos son los métodos que ASTM B348 indica en sus documentos de referencia y secciones de ensayo. Indicar un método aclara cómo se obtuvo un valor. No añade una fase de ensayo que el pedido no solicitó ni hace intercambiables dos determinaciones distintas.

Otra distinción determina cómo se leen estos valores en un certificado. Los límites anteriores son límites de análisis de colada obtenidos en la fusión, mientras que un análisis de producto realizado después sobre la pieza acabada tiene su propia tolerancia según ASTM B348 y no amplía los límites de la calidad. Esa comparación y los campos del pedido que controlan la información del certificado se presentan en la guía de certificación Grade 5.

Detalles de especificación con fuentes

Dentro del sistema ASTM, las cuatro calidades sin alear se diferencian principalmente por el oxígeno y la resistencia: los límites de oxígeno aumentan de 0,18% (Grade 1) a 0,25%, 0,35% y 0,40% (Grades 2, 3 y 4), según ASTM B265, Tabla 1, y la resistencia a la tracción mínima aumenta de forma correspondiente de 240 a 550 MPa, según la Tabla 2 de la misma norma.

Los números de calidad no son continuos: ASTM B265, tabla 1, abarca de Grade 1 a Grade 38, y los números 8, 10 y 22 no se asignan a ninguna composición. Los números UNS proporcionan una correspondencia inequívoca, por ejemplo R50400 para Grade 2 y R56400 para Grade 5, según la misma tabla.

Una vez fijada la calidad, la siguiente pregunta es quién la suministra. El índice de listas de proveedores de titanio agrupa las comparaciones de páginas de empresas por familia de productos y calidad.