Titanio Grade 2 e Grade 5 a confronto (titanio CP e Ti-6Al-4V): corrosione, resistenza meccanica e criteri di scelta

Grade 2 è il grado da specificare quando un componente deve resistere a un fluido. Grade 5 è destinato ai componenti che sopportano carichi. Una volta stabilito quale delle due funzioni prevale, il grado è quasi definito e restano da precisare forma di prodotto, stato e documenti.

Grade 2 è titanio commercialmente puro, UNS R50400, contenente soltanto piccole quantità controllate di ossigeno e ferro. Grade 5 è la lega Ti-6Al-4V, UNS R56400, con circa 6 per cento di alluminio e 4 per cento di vanadio. Queste aggiunte offrono un livello di resistenza molto superiore, sacrificando parte della saldabilità e della formabilità a freddo che rendono il titanio commercialmente puro facile da trasformare in apparecchiature.

Specificare Grade 5 per un impiego corrosivo che non comporta mai un carico reale significa pagare per una resistenza che il componente non userà mai, affrontando poi una lega più difficile in ogni saldatura e operazione di formatura. L'errore opposto è peggiore. Grade 2 sottoposto a un carico con un dimensionamento previsto per Ti-6Al-4V si snerva.

Metallo puro a confronto con la lega

Il titanio commercialmente puro conserva le proprietà che rendono il metallo interessante per i costruttori: comportamento alla corrosione senza le complicazioni degli elementi di lega, saldature che restano duttili e lamiera sottile adatta alla formatura a freddo. Ti-6Al-4V scambia parte di questa lavorabilità con resistenza e rigidezza. Ogni differenza riportata sotto deriva da questa distinzione.

La stessa distinzione riguarda proprietà che nessuno verifica durante questo confronto. Grade 5 conduce corrente elettrica e calore circa tre volte peggio di Grade 2, un aspetto rilevante solo per pochi pezzi ma già determinato nel momento in cui si sceglie il grado. Resistività e conducibilità termica per grado riporta i dati.

Resistenza e basi del confronto

I requisiti minimi di resistenza a trazione e carico di snervamento di Grade 5 sono ben superiori a quelli di Grade 2 nelle forniture in cui entrambi i gradi rientrano nella stessa norma di prodotto. Ogni minimo appartiene a una specifica norma, forma di prodotto e stato, e i valori applicabili a un ordine provengono dalla tabella della revisione indicata in quell'ordine. La densità è quasi identica, circa 4,5 g/cm3 per Grade 2 e circa 4,4 g/cm3 per Grade 5, quindi la maggiore resistenza della lega si ottiene praticamente allo stesso peso.

La riga relativa alla resistenza resta volutamente qualitativa. I valori estratti dal loro contesto fanno sì che un dato relativo a una lamiera spessa venga usato per discutere l'accettazione di una barra; occorre quindi leggere i numeri nella norma applicabile e nella relativa revisione, per la forma e lo stato ordinati, e riportarli in riferimento a quell'ordine.

Corrosione: entrambi i gradi si passivano, uno viene acquistato per questo

Entrambi formano la stessa pellicola protettiva di ossido, quindi resistono in acqua di mare, cloruri, acidi ossidanti e molti fluidi di processo. Li distingue lo scopo. Grade 2 compare sul disegno perché prevale la corrosione e perché il titanio commercialmente puro si salda senza difficoltà in apparecchiature resistenti alla corrosione. Grade 5 compare sul disegno perché occorre sopportare un carico, e il suo comportamento alla corrosione, pur buono, resta estraneo a tale decisione. Gli acidi riducenti aggressivi e le condizioni di interstizio ad alta temperatura superano i limiti di entrambi i gradi di base; questi impieghi richiedono Grade 7 o Grade 12.

Saldatura, formatura e lavorazione meccanica

Grade 2 si salda facilmente e la saldatura conserva la propria duttilità, motivo per cui i costruttori lo utilizzano comunemente per apparecchiature saldate in titanio. Grade 5 può essere saldato, ma il processo richiede un controllo più accurato, per cui le costruzioni saldate in Grade 5 sono meno frequenti.

La formatura presenta la stessa distinzione. Grade 2 si forma a freddo in componenti di lamiera sottile, tubi e apparecchiature. Grade 5 ha una formabilità a freddo limitata e normalmente viene sagomato a caldo o lavorato a macchina dal pieno.

Entrambi i gradi sono lavorabili meccanicamente. Grade 5 è più gravoso per gli utensili, e un'officina che quota un componente in Ti-6Al-4V prevede un'usura maggiore rispetto alla stessa geometria in Grade 2.

I costruttori scelgono comunemente Grade 2 per scambiatori di calore, serbatoi, rivestimenti di recipienti e apparecchiature chimiche. Si tratta di impieghi corrosivi con saldatura e formatura, quindi la resistenza inutilizzata della lega può aumentare il lavoro di fabbricazione senza migliorare la scelta per il servizio.

Dove viene impiegato ciascun grado

Grade 2 copre gli impieghi in cui prevalgono corrosione e fabbricazione:

• Scambiatori di calore, condensatori e piastre tubiere.
• Apparecchiature per processi chimici, serbatoi, reattori e rivestimenti di recipienti.
• Tubazioni e componenti per impieghi marini e acqua di mare.
• Anodi, elettrodi e apparecchiature elettrochimiche.
• Costruzioni saldate o formate in titanio in generale.

Grade 5 copre i componenti che sopportano il carico:

• Componenti strutturali aerospaziali, staffe e raccordi.
• Elementi di fissaggio, bulloni, alberi e molle.
• Componenti lavorati meccanicamente ad alta resistenza.
• Componenti sportivi e ad alte prestazioni in cui il rapporto resistenza/peso guida la progettazione.

Quando un progetto richiede sia un'elevata resistenza meccanica sia la migliore resistenza alla corrosione interstiziale o agli acidi riducenti, la risposta è un grado più specifico valutato da un ingegnere della corrosione, non uno di questi due per scelta predefinita.

Forme di prodotto e norma di riferimento per ciascuna

I due gradi non condividono un unico elenco di norme, e accorparli è l'origine degli errori d'ordine. Grade 2 (R50400) viene fornito come lamiera sottile e lamiera spessa secondo ASTM B265, tubo secondo ASTM B338, e barre secondo ASTM B348. Il tubo Grade 2 segue un percorso distinto: ASTM B861 per il tubo senza saldatura, ASTM B862 per il tubo saldato. Grade 5 (R56400) viene fornito come barra secondo ASTM B348 o AMS 4928, lamiera spessa secondo ASTM B265 e pezzi forgiati secondo ASTM B381. ASTM B338 comprende il tubo Grade 2 e non include Grade 5, quindi un requisito di tubo Grade 5 non può seguire quel percorso.

La barra è la forma per cui il solo confronto tra materiali non basta più. Diametro, stato di fornitura, sovrametallo di lavorazione e voci della richiesta che distinguono un ordine di barre Grade 2 da uno di Grade 5 rientrano nella guida alla selezione del grado delle barre di titanio, che esamina dimensioni della barra, stato, lavorazione meccanica e decisioni per la richiesta di offerta anziché la scelta del materiale trattata qui.

Cosa definisce la richiesta

Una richiesta che indica soltanto un grado lascia troppi aspetti indefiniti per formulare un prezzo. Quattro elementi la completano:

• Il grado e il numero UNS con la norma applicabile e la revisione quando il disegno ne indica una.
• Se il componente è governato dalla corrosione o dal carico meccanico, perché è questo a confermare il grado, non una preferenza.
• Forma e dimensioni, con lo stato e il requisito superficiale ricavati dal disegno, dalla norma applicabile o dall'ordine d'acquisto.
• L'ambito di controllo e documentale necessario, compresi il tipo di certificato e i risultati da riportare, concordato per quell'ordine anziché presunto.

Come Beiyu Titanium fornisce Grade 2 e Grade 5

Beiyu fornisce barre Grade 2 secondo ASTM B348, lamiere sottili e lamiere spesse secondo ASTM B265 e tubi secondo ASTM B338. Le opzioni Grade 5 comprendono barre ASTM B348 o AMS 4928, lamiere sottili e lamiere spesse ASTM B265 e pezzi forgiati ASTM B381. Aprire la richiesta con il requisito determinante, corrosione o carico, quindi indicare grado, forma, dimensioni, stato, norma applicabile e ambito documentale necessario. L'opzione di prodotto disponibile, i campi di tracciabilità e i risultati riportati vengono restituiti con l'offerta per quell'ordine.

Il confronto dipende dai valori, quindi il metodo alla loro base ne fa parte

Un confronto tra gradi è affidabile solo quanto i numeri che confronta. Due certificati che riportano lo stesso valore di ossigeno ottenuto con metodi diversi non rispondono alla stessa domanda, motivo per cui ASTM B348 indica i metodi su cui si basa anziché lasciarli allo stabilimento produttore.

Indicare un metodo chiarisce come è stato ottenuto un valore. Non aggiunge un esame non richiesto dall'ordine e non rende intercambiabili un'analisi di colata e una successiva analisi sul prodotto.

Cosa il confronto non può definire

Scegliere tra Grade 2 e Grade 5 risponde alla colonna di sinistra. La colonna di destra deve comunque essere riportata nell'ordine d'acquisto, qualunque sia il grado scelto.

Per vedere chi altro pubblica questo materiale e cosa dichiara ciascuno, consultare Fornitori di elementi di fissaggio in titanio Grade 5: confronto tra cinque pagine aziendali.

Dettagli delle specifiche con fonti

La differenza di resistenza è stabilita da ASTM B265, Tabella 2: Grade 2 deve raggiungere una resistenza a trazione minima di 345 MPa con allungamento minimo di 20%, mentre Grade 5 (Ti-6Al-4V) deve raggiungere 895 MPa con allungamento minimo di 10%. Grade 5 offre circa 2.6 volte il minimo di resistenza; Grade 2 mantiene il doppio del minimo di duttilità.

La composizione determina il resto del compromesso: il Grade 5 contiene da 5,50 a 6,75% di Al e da 3,50 a 4,50% di V, secondo ASTM B265, Tabella 1, portando la densità a 4,43 g/cm³ rispetto a 4,51 g/cm³ per il Grade 2 (ASM Handbook, Vol. 2), ma rendendo saldatura e formatura a freddo più impegnative rispetto al grado non legato.