Grade 5 e Grade 23 sono la stessa lega Ti-6Al-4V, ma Grade 23 è la versione a contenuto extra basso di elementi interstiziali (ELI), con limiti più restrittivi per ossigeno e ferro. Grade 5 è leggermente più resistente (resistenza a trazione minima di 895 MPa contro 828 MPa per Grade 23) e meno costoso. Grade 23 sacrifica questa piccola quota di resistenza meccanica per una tenacità alla frattura nettamente superiore, una maggiore durata a fatica e una migliore duttilità a bassa temperatura. Usare Grade 5 per componenti strutturali e lavorati meccanicamente ad alta resistenza di impiego generale. Usare Grade 23 (ELI) quando il componente è critico rispetto alla frattura, soggetto a fatica, utilizzato a bassa temperatura oppure è un impianto chirurgico secondo ASTM F136.
Beiyu Titanium fornisce Grade 5 (UNS R56400) secondo ASTM B348 e AMS 4928, e Grade 23 secondo ASTM B348 come UNS R56407 o secondo ASTM F136 come UNS R56401 per materiale da impianto chirurgico. Indicare nella RFQ e nell'ordine d'acquisto il documento di controllo richiesto, i risultati riportati e i campi di tracciabilità tramite il numero di colata; Beiyu conferma nell'offerta l'ambito documentale concordato.
Specificare quello errato tra questi due comporta costi in entrambi i casi. Specificare Grade 23 ELI per un componente che richiedeva solo Grade 5 significa pagare il costo maggiore di ELI per una tenacità alla frattura mai sfruttata dal progetto. Specificare Grade 5 per un componente critico rispetto alla fatica o alla frattura significa risparmiare poco sul materiale e rischiare un cedimento dovuto a cricche. Questo confronto serve a individuare la versione realmente necessaria al componente.
Sono la stessa lega: la differenza riguarda gli interstiziali
Entrambi i gradi sono Ti-6Al-4V: titanio con circa 6 per cento di alluminio e 4 per cento di vanadio. La differenza non riguarda gli elementi di lega, ma il limite degli elementi interstiziali, principalmente ossigeno, oltre al ferro:
- Grade 5 (Ti-6Al-4V standard) ammette ossigeno fino a circa 0,20 per cento e ferro fino a circa 0,40 per cento.
- Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) riduce il limite dell'ossigeno a circa 0,13 per cento e del ferro a circa 0,25 per cento.
ELI significa Extra Low Interstitial. Ossigeno e ferro non sono contaminanti in questo caso, ma elementi aggiunti deliberatamente per aumentare la resistenza meccanica: quantità maggiori aumentano la resistenza, ma riducono tenacità alla frattura e duttilità. Mantenendoli bassi, Grade 23 rinuncia a poca resistenza meccanica e guadagna molta tenacità. Questo solo compromesso spiega tutte le decisioni di scelta riportate di seguito.
I benefici effettivi del compromesso
| Proprietà | Grade 5 | Grade 23 (ELI) |
|---|---|---|
| UNS | R56400 | R56407 (B348); R56401 (F136) |
| Resistenza a trazione minima | 895 MPa | 828 MPa |
| Carico di snervamento minimo | 828 MPa | 759 MPa |
| Limite di ossigeno (circa) | 0,20 per cento | 0,13 per cento |
| Limite di ferro (circa) | 0,40 per cento | 0,25 per cento |
| Tenacità alla frattura | Buona | Nettamente superiore |
| Resistenza a fatica e tolleranza al danno | Buona | Migliore |
| Duttilità a bassa temperatura | Buona | Migliore |
| Costo relativo | Inferiore | Superiore |
I valori meccanici indicati sono valori minimi di confronto dai contesti ASTM citati. La norma di riferimento, la revisione, la forma del prodotto e la condizione regolano l'ordine; un documento di controllo ordinato riporta i risultati applicabili del controllo specifico.
I valori principali fanno apparire Grade 5 più resistente, e lo è, di circa 8 per cento sulla resistenza a trazione minima. Ma negli impieghi impegnativi la resistenza meccanica è raramente la proprietà che determina il cedimento di un componente in Ti-6Al-4V. Sono le cricche a farlo. Grade 23 resiste meglio all'innesco e alla propagazione delle cricche, tollera meglio i difetti e conserva meglio la duttilità al freddo. Dove un componente è caricato staticamente e la resistenza meccanica è determinante, Grade 5 prevale sul costo. Dove un componente è soggetto a cicli, urti, basse temperature o non deve cedere in modo catastrofico, Grade 23 giustifica il costo maggiore.
Quando usare Grade 5
Grade 5 è il Ti-6Al-4V predefinito dove prevalgono resistenza e costo e la tenacità alla frattura non è il fattore limitante della progettazione.
| Dove Grade 5 è la scelta giusta | Cosa lo decide | Norma abituale |
|---|---|---|
| Parti strutturali lavorate e staffe | Carico statico, nessun impiego critico per la frattura | ASTM B348 |
| Alberi, elementi di fissaggio, raccordi ad alta resistenza | Prevale la resistenza, non la crescita della cricca | ASTM B348 |
| Lavorazione aerospaziale generale | Il disegno richiede Grade 5 standard | ASTM B348 o AMS 4928 |
| Componenti industriali e marini | Sopporta il carico senza fatica ad alto numero di cicli | ASTM B348 o B381 |
Se il disegno indica Grade 5 e il componente non è critico per fatica o frattura, non passare a ELI. Il costo aggiuntivo acquista tenacità che il componente non utilizzerà.
Quando usare Grade 23 (ELI)
Grade 23 viene specificato quando tolleranza al danno, vita a fatica o comportamento a bassa temperatura prevalgono sugli ultimi punti percentuali di resistenza.
| Dove è richiesto Grade 23 ELI | Cosa lo decide | Norma abituale |
|---|---|---|
| Impianti chirurgici e dispositivi medici | La tenacità alla frattura e la vita a fatica sono obbligatorie; la chimica ELI è scritta nella norma | ASTM F136 |
| Componenti aerospaziali e strutturali critici rispetto alla frattura | Una cricca non deve portare al cedimento tra un controllo e l'altro | ASTM B348 Grade 23 |
| Componenti soggetti a fatica | Impiego rotante o a carico ciclico | ASTM B348 Grade 23 |
| Impieghi criogenici e a bassa temperatura | ELI conserva la duttilità che Grade 5 standard perde | ASTM B348 Grade 23 |
Per il materiale da impianto, Grade 23 secondo ASTM F136 non è intercambiabile con Grade 5. La norma, la chimica e la documentazione fanno parte del requisito, non sono un'opzione.
Il numero UNS corretto
Per Ti-6Al-4V ELI il numero UNS non è una proprietà del grado, è una proprietà della norma citata dall'ordine d'acquisto. Due numeri diversi sono entrambi corretti, a seconda della specifica presente sull'ordine.
| Norma sull'ordine | Forma | Grado | UNS sul certificato |
|---|---|---|---|
| ASTM B348 | Barra e billetta | Grade 23 ELI | R56407 |
| ASTM B265 | Lamiera spessa, lamiera sottile, nastro | Grade 23 ELI | R56407 |
| ASTM B381 | Pezzi forgiati | Grade 23 ELI (F-23) | R56407 |
| ASTM B863 | Filo | Grade 23 ELI | R56407 |
| ASTM F136 | Barra e filo per impianti chirurgici | Ti-6Al-4V ELI | R56401 |
| Qualsiasi delle precedenti | Tutte le forme | Norma Grade 5 | R56400 |
Questo è importante sull'ordine d'acquisto e sul certificato, perché un acquirente, un auditor o un controllo doganale verifica il grado rispetto al UNS, e una discordanza solleva un segnale durante la qualifica del fornitore. Citare insieme la norma e il numero UNS affinché il certificato riporti il numero previsto dal disegno.
Come specificare entrambi i gradi
| Campo della richiesta di offerta | Cosa indicare | Perché cambia l'offerta |
|---|---|---|
| Grado, UNS e norma | Grade 5 o Grade 23, il numero UNS e ASTM B348, AMS 4928 o ASTM F136 | Decide quali limiti chimici e quale certificato si applicano |
| Forma e dimensioni | Diametro e lunghezza per la barra, spessore per la lamiera spessa, dimensioni per i pezzi forgiati | Decide il percorso dello stabilimento produttore e lo sfrido |
| Stato | Indicare la condizione e qualsiasi requisito di trattamento termico dal disegno, dalla norma di riferimento o dall'ordine d'acquisto | Modifica le proprietà meccaniche e il tempo di lavorazione |
| Ambito del controllo | Per componenti critici per frattura o per impianti, indicare il controllo a ultrasuoni e la classe di accettazione | Aggiunge un'operazione e un costo reali, quindi non può essere presunto |
| Pacchetto di certificati | Indicare il tipo di documento di controllo richiesto e i risultati riportati, incluso EN 10204 3.1 ove ordinato | Decide quale documentazione viene spedita con il materiale |
Indicare in anticipo l'impiego e il requisito di fatica o frattura consente di confermare la versione corretta prima dell'offerta, anziché scoprire dopo la lavorazione che è stato fornito il grado sbagliato.
Come Beiyu Titanium fornisce Grade 5 e Grade 23
| Forma | Norma | Gradi forniti |
|---|---|---|
| Barra e billetta | ASTM B348, AMS 4928 | Grade 5 (R56400), Grade 23 (R56407) |
| Lamiera spessa e lamiera sottile | ASTM B265 | Grade 5, Grade 23 |
| Pezzi forgiati | ASTM B381 | Grade 5, Grade 23 |
| Barra e filo per impianti | ASTM F136 | Ti-6Al-4V ELI (R56401) |
Inviare servizio del pezzo, Grade, numero UNS, norma di riferimento, forma del prodotto e ambito richiesto del documento di controllo. Beiyu conferma nell'offerta il percorso disponibile, i campi di tracciabilità e i risultati di prova riportati prima dell'emissione dell'ordine.
Guide e strumenti correlati
- Titanio per uso medico (ASTM F136, Grade 23 ELI)
- Grado di titanio per acqua di mare e impieghi marini
- Strumento di selezione del grado di titanio
Dettagli delle specifiche con fonti
La differenza di composizione chimica va oltre le voci di ossigeno e ferro solitamente citate. ASTM B348 La Tabella 1 abbassa anche il limite massimo dell'azoto da 0,05 per cento per Grade 5 a 0,03 per cento per Grade 23 e quello dell'idrogeno da 0,015 a 0,0125 per cento, quindi tutti e quattro i controlli degli interstiziali si restringono insieme nella versione ELI. L'allungamento non li distingue, poiché B348 stabilisce un minimo di 10 per cento in 4D per entrambi i gradi; per questo un addetto al controllo al ricevimento distingue i due dall'analisi di colata riportata, anziché dalla voce di duttilità sul certificato.
Una voce di accettazione va nella direzione opposta: ASTM B348 richiede una strizione minima di 25 per cento per la barra Grade 5 ricotta ma di 15 per cento per Grade 23 ricotto; un disegno che richiede 25 per cento sulla barra ELI supera quindi la norma e deve figurare nell'ordine come requisito supplementare. Gli equivalenti aerospaziali sono SAE AMS 4928 per barre e pezzi forgiati ricotti di grado standard e AMS 4930 per ELI ricotto, mentre ASTM F136 indica minimi di 860 MPa di resistenza a trazione e 795 MPa di carico di snervamento per barre per impianti con sezioni da 4.75 a meno di 44.45 mm.