Il titanio di grado aerospaziale non è un grado. Non è un numero di grado della serie ASTM dei gradi di titanio e non è un numero di specifica AMS. È un'espressione sintetica usata negli acquisti per una combinazione: una lega, solitamente Ti-6Al-4V, ordinata secondo una specifica identificata, con condizioni di accettazione scritte nell'ordine che un acquisto industriale generico non prevede. Questa pagina distingue le tre parti e pubblica i valori di controllo con cui viene verificata la terza.
La lega generalmente intesa
Nella maggior parte delle richieste aerospaziali l'espressione indica Ti-6Al-4V, che il sistema ASTM chiama Grade 5 e il sistema UNS chiama R56400. Ordinarlo secondo ASTM B348 definisce la composizione chimica, i minimi meccanici allo stato ricotto riportati sotto e le variazioni dimensionali ammissibili standard. I campi della sezione successiva sono quelli che l'ordine deve ancora specificare autonomamente.
| Limite principale fissato da ASTM B348 per Grade 5 | Valore |
|---|---|
| Alluminio | da 5.5 a 6.75 per cento |
| Vanadio | da 3.5 a 4.5 per cento |
| Carbonio, massimo | 0,08 per cento |
| Ossigeno, massimo | 0,20 per cento |
| Azoto, massimo | 0,05 per cento |
| Idrogeno, massimo | 0,015 per cento |
| Ferro, massimo | 0,40 per cento |
| Resistenza a trazione, minima (ricotto) | 895 MPa (130 ksi) |
| Carico di snervamento allo 0,2 per cento di deformazione permanente, minimo (ricotto) | 828 MPa (120 ksi) |
| Allungamento su 4D, minimo (ricotto) | 10 per cento |
| Strizione, minima (ricotto) | 25 per cento |
Questi quattro minimi meccanici prevedono un limite di sezione che può facilmente sfuggire. Secondo ASTM B348 si applicano alle sezioni longitudinali fino a 76 mm (3 in) di spessore con area massima di 64,5 cm² (10 in²); per sezioni maggiori, l'accettazione meccanica viene concordata tra produttore e acquirente. Ciò conta in questa pagina perché la gamma di fornitura riportata sotto arriva a Ø500 mm, ben oltre tale limite. Una sezione massiccia rimane Grade 5, ma i suoi valori di accettazione vengono concordati nell'ordine anziché ricavati dalla tabella precedente.
Anche Grade 23 compare nei disegni aerospaziali. È la versione a bassissimo contenuto di interstiziali della stessa lega, scelta quando la tenacità a frattura conta più dell'ultimo incremento di resistenza. I suoi limiti più restrittivi sono ossigeno 0.13 rispetto a 0.20 per cento, azoto 0.03 rispetto a 0.05, idrogeno 0.0125 rispetto a 0.015 e ferro 0.25 rispetto a 0.40; il carbonio ha lo stesso massimo di 0.08 per cento in entrambi. Si noti che il suo numero UNS dipende dalla famiglia di norme: nella serie ASTM B, Grade 23 è R56407, mentre R56401 appartiene ad ASTM F136, che riguarda la forma per impianti chirurgici.
Gli acquirenti che operano secondo una specifica di materiale aerospaziale citano spesso una designazione AMS come AMS 4928 accanto al numero ASTM o al suo posto. Citare quella applicabile al componente e indicare la revisione, perché il certificato sarà redatto in riferimento a tale revisione.
Il documento a cui rimanda l'espressione dipende dalla forma del prodotto. Per barra e billetta rimanda a ASTM B348, con AMS 4928 citata quando richiesta da un disegno approvato, e i dettagli di fornitura si trovano nella barra in titanio Grade 5 pagina. Per il prodotto piano rimanda a AMS 4911, che disciplina lamiera sottile, nastro e lamiera spessa in Ti-6Al-4V ricotto. Per dischi, anelli e blocchi rimanda ad ASTM B381 oltre a qualsiasi AMS indicata nel disegno, trattate nella pezzi forgiati in titanio per componenti aerospaziali pagina. Indicare la forma prima della specifica evita un giro di domande.
Che cosa aggiunge l'espressione oltre alla lega
Due ordini possono indicare la stessa lega e la stessa norma ed essere comunque acquisti diversi. A distinguerli è l'insieme dei campi riportati sotto, nessuno dei quali è determinato dal grado.
| Campo | Perché un ordine aerospaziale tende a specificarlo |
|---|---|
| Ambito del controllo non distruttivo e classe di accettazione | ASTM B348 non prevede alcun requisito di controllo a ultrasuoni, quindi una classe compare sul certificato soltanto se viene inserita nell'ordine |
| Stato | ASTM B348 riguarda barre Grade 5 allo stato ricotto; un requisito di solubilizzazione e invecchiamento viene riportato in una propria indicazione di trattamento termico, in una specifica separata o in una nota approvata sul disegno, e non viene mai aggiunto a una riga B348 |
| Tolleranza dimensionale | Una tolleranza più stretta di quella standard è un programma oggetto di offerta, non una proprietà del grado |
| Condizione superficiale o di consegna | Allo stato di forgiatura, pelato, rettificato o lucidato: la condizione modifica la quantità di materiale che l'operatore deve asportare prima di raggiungere la dimensione del disegno |
| Lunghezza a misura e stato delle estremità | Una lunghezza di semilavorato e una lunghezza finita con estremità preparata sono lavorazioni diverse |
| Livello del certificato e tracciabilità | EN 10204 3.1 con tracciabilità tramite il numero di colata, in base all'ambito dell'ordine |
Una richiesta che lascia vuoti questi campi è solitamente il motivo per cui un'offerta richiede più tempo del previsto dall'acquirente. Il materiale non è mai stato la parte difficile.
Dimensioni: la gamma di fornitura e il percorso con gamma più ristretta
Sono due aspetti distinti che vengono spesso confusi per errore, quindi sono riportati separatamente qui.
| Percorso | Diametro o sezione | Lunghezza |
|---|---|---|
| Barra tonda, fornitura generale | Ø1 a 500 mm | Fino a 6000 mm |
| Barra quadrata | 3 × 3 a 500 × 500 mm | Fino a 6000 mm |
| Barra esagonale | Distanza tra facce opposte fino a 17 mm | Fino a 6000 mm |
| Barra rettificata di precisione (un programma oggetto di offerta separata) | Ø3,175 a 25,4 mm (0,125 a 1,000 in) | A disegno |
Il programma di rettifica di precisione viene quotato secondo condizioni proprie. Il suo intervallo di diametri è definito in pollici e 25,4 mm è semplicemente un pollice espresso in millimetri; non è un limite generale per le barre di titanio. Richiedere una finitura rettificata su un diametro di 60 mm è diverso dal richiederla su 12 mm e la risposta non si ricava dalla gamma generale.
Rettilineità e diametro nella fornitura rettificata
| Stato | Valore |
|---|---|
| Rettilineità, barra rettificata di precisione, standard | 0,5 mm per metro |
| Rettilineità, barra rettificata di precisione, diametro di 25 mm o inferiore | Ristretta a 0,3 mm per metro |
| Tolleranza sul diametro, barra rettificata di precisione | Più o meno 0,0127 mm (più o meno 0,0005 in) |
| Tolleranza sul diametro quando richiesta dal disegno | Ristretta a più o meno 0,0076 mm |
| Più restrittiva di tutte le precedenti | Offerta in riferimento al disegno |
Si noti che i 25 mm della seconda riga sono una soglia di rettilineità, mentre i 25,4 mm della tabella dimensionale sopra sono il limite superiore della gamma di diametri rettificati. Sono abbastanza vicini da sembrare lo stesso numero, ma non lo sono.
Che cosa significa qui controllo al 100 per cento
L'espressione compare in moltissime pagine di fornitori senza una definizione. Nella fornitura Beiyu Titanium di barre rettificate di precisione, Ø3,175 a 25,4 mm, indica i cinque controlli sotto riportati, ciascuno applicato all'intero lotto anziché a un campione. Le barre esterne a questo percorso e le billette vengono invece controllate secondo l'ambito scritto nell'ordine.
| Verifica | Copertura |
|---|---|
| Rilevamento dei difetti a ultrasuoni | 100 per cento, parametri riportati sotto |
| Correnti indotte | 100 per cento |
| Controllo ottico della superficie | 100 per cento |
| Misura del diametro con laser a infrarossi | 100 per cento |
| rettilineità | 100 per cento |
Il controllo a ultrasuoni è quello che solitamente prevede una classe di accettazione su un disegno aerospaziale, quindi i suoi parametri vengono pubblicati anziché descritti:
| Parametro a ultrasuoni | Parametro |
|---|---|
| Tecnica | Immersione, onda longitudinale focalizzata |
| Copertura | 100 per cento della circonferenza |
| Riflettore di riferimento | Foro radiale a fondo piatto Ø1,2 mm all'80 per cento dell'altezza dello schermo |
| Frequenza | 10 MHz |
| Classe di accettazione | A1 |
| Procedura applicabile | AMS-STD-2154 o GB/T 5193, come indicato nell'ordine |
Se un disegno indica una classe diversa o un riflettore di riferimento diverso, è quel dato che occorre inviare. La classe viene concordata nell'ordine; non è una proprietà del grado.
Processo di fusione e provenienza del materiale
La barra fornita con questo percorso è sottoposta a tripla rifusione ad arco sotto vuoto. Fusione, forgiatura, laminazione di anelli, rettifica di precisione e i cinque controlli sopra indicati rientrano tutti nel percorso produttivo di Beiyu Titanium. Il materiale viene prodotto secondo i requisiti del sistema qualità ISO 9001 e rilasciato con certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 con tracciabilità tramite il numero di colata, in base all'ambito dell'ordine. Certificazione e titolarità dei processi sono questioni distinte, a entrambe si risponde per iscritto su richiesta.
Domande di approfondimento comuni
Il titanio di grado aerospaziale è più resistente del titanio ordinario? Non è un materiale distinto, quindi il confronto va fatto tra gradi. Ti-6Al-4V ha un limite minimo di resistenza molto più alto dei gradi commercialmente puri e ASTM B348 lo fissa a 895 MPa di resistenza a trazione e 828 MPa di carico di snervamento per Grade 5 ricotto. La parola aerospaziale che lo precede non modifica questi numeri.
Il certificato del materiale riporta la classe ultrasonora? Soltanto se la riporta l'ordine. ASTM B348 stabilisce requisiti chimici, meccanici e dimensionali e non contiene una clausola di controllo non distruttivo; una classe ultrasonora compare quindi sul certificato se viene scritta nell'ordine d'acquisto, indicando il riflettore di riferimento e la procedura applicabile.
La tolleranza della rettifica di precisione è disponibile su tutta la gamma di diametri? No, ed è un disallineamento comune nelle richieste aerospaziali. Il programma di rettifica va da 3,175 a 25,4 mm. Al di fuori di tale intervallo, sopra o sotto, la tolleranza sul diametro viene quotata in riferimento al disegno anziché ricavata dai valori delle barre rettificate.
Quale grado conviene indicare sul disegno, 5 o 23? È una decisione progettuale, non di fornitura. Grade 5 è la scelta generale per strutture e componenti lavorati meccanicamente; Grade 23 rinuncia a una parte della resistenza in cambio di limiti più restrittivi sugli interstiziali e maggiore tenacità. Entrambi vengono forniti alle stesse condizioni di dimensione, rettilineità e controllo.
Dettagli delle specifiche con fonti
I limiti chimici di Grade 5 e i minimi di resistenza a trazione, carico di snervamento, allungamento e strizione sopra citati sono i valori della tabella dei requisiti chimici e della Tabella 2 di ASTM B348, la specifica relativa a barre e billette di titanio e leghe di titanio. L'affermazione secondo cui ASTM B348 non prevede requisiti di controllo a ultrasuoni rispecchia il testo della specifica, che stabilisce requisiti chimici, meccanici e dimensionali senza una clausola di controllo non distruttivo. I numeri UNS provengono dalle norme che riportano una colonna UNS: R56400 per Grade 5 e R56407 per Grade 23 nella serie ASTM B, e R56401 per la forma destinata a impianti secondo ASTM F136.
La gamma di fornitura di barre tonde Ø1 a 500 mm, barre quadrate 3 × 3 a 500 × 500 mm, esagoni con distanza tra facce opposte fino a 17 mm e lunghezze fino a 6000 mm, e il programma di rettifica di precisione Ø3,175 a 25,4 mm con tolleranza sul diametro di più o meno 0,0127 mm ristretta a più o meno 0,0076 mm e rettilineità di 0,5 mm per metro ristretta a 0,3 mm per metro per 25 mm e inferiori, sono dati di fornitura pubblicati da Beiyu Titanium. I parametri ultrasonori e i cinque controlli al 100 per cento sono i dati riportati nella documentazione delle capacità di Beiyu Titanium per il percorso delle barre rettificate di precisione e vengono qui citati come parametri di tale percorso, con procedura applicabile AMS-STD-2154 o GB/T 5193 secondo l'ordine; il materiale esterno a questo percorso viene controllato secondo l'ambito scritto nell'ordine. Il limite di sezione dei minimi meccanici ASTM B348, spessore di 76 mm (3 in) e area di 64,5 cm² (10 in²), con sezioni maggiori da concordare tra produttore e acquirente, è la nota alla Tabella 2 della specifica. Il percorso di tripla rifusione ad arco sotto vuoto è un dato di processo pubblicato da Beiyu Titanium.
Che cosa inviare con una richiesta per il settore aerospaziale
Inviare il grado e la specifica applicabile con la relativa revisione, il diametro o la sezione e la lunghezza, la tolleranza richiesta dal disegno, la condizione, la condizione superficiale o di consegna, la classe di accettazione ultrasonora con il relativo riflettore di riferimento e la procedura applicabile, la lunghezza a misura e la condizione delle estremità e il livello del certificato. Con questi dati, la richiesta può essere quotata in riferimento al disegno anziché a supposizioni. Beiyu Titanium fornisce titanio in Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 e 23 sotto forma di barra, lamiera spessa, lamiera sottile, tubo e pezzi forgiati secondo specifiche ASTM e AMS, con certificato di collaudo 3.1 secondo EN 10204 in base all'ambito dell'ordine.