La maggior parte degli acquirenti di titanio non va oltre la prima pagina del certificato del materiale. Verifica che riporti “Grade 5”, cerca un timbro e lo archivia. È così che materiale fuori specifica o con tracciabilità insufficiente entra in una costruzione. Il certificato di un lingotto di titanio contiene più informazioni di una semplice riga sul grado, se si sa quali numeri leggere e cosa misura effettivamente un buon laboratorio.
Di seguito un esempio svolto con un lotto reale di lingotti che abbiamo recentemente fuso e fatto analizzare: lotto (numero di lotto omesso), designazione TC4 (Ti-6Al-4V, equivalente a Grade 5), Φ600 mm, sottoposto a prova presso un laboratorio indipendente accreditato. Lo leggeremo come sarebbe opportuno che facesse un addetto al controllo in accettazione.
La tabella della composizione chimica riporta testa e fondo: è questo il punto
La prima cosa da notare non è un valore, ma la disposizione delle colonne. Un rapporto rigoroso su un lingotto fornisce due analisi: una dalla testa del lingotto e una dal piede. Ecco i valori effettivi di quel lotto:
| Elemento (wt %) | Testa (上) | Piede (下) | Limite ASTM B348 Gr 5 | Esito |
|---|---|---|---|---|
| Alluminio (Al) | 6.53 | 6.35 | 5.5 a 6.75 | Nell'intervallo |
| Vanadio (V) | 3.87 | 3.77 | 3.5 a 4.5 | Nell'intervallo |
| Ferro (Fe) | 0.18 | 0.19 | ≤ 0.40 | Ben al di sotto |
| Ossigeno (O) | 0.186 | 0.181 | ≤ 0.20 | Al di sotto, controllato |
| Carbonio (C) | <0.004 | 0.004 | ≤ 0.08 | Ben al di sotto |
| Azoto (N) | 0.007 | 0.007 | ≤ 0.05 | Ben al di sotto |
| Idrogeno (H) | <0.0006 | <0.0006 | ≤ 0.015 | Ben al di sotto |
Perché le due estremità? Le leghe di titanio sono solitamente sottoposte a doppia o tripla rifusione ad arco sotto vuoto (VAR). Durante la solidificazione del lingotto, gli elementi di lega non solidificano in modo perfettamente uniforme; i costituenti più pesanti e più leggeri possono concentrarsi ad altezze diverse, un fenomeno chiamato segregazione. L'alluminio tende a variare più del vanadio perché è volatile sotto vuoto. Se testa e piede differiscono molto, la parte centrale del lingotto è un'incognita.
In questo lotto la variazione di Al è 6.53 → 6.35 (Δ0.18) e quella di V è 3.87 → 3.77 (Δ0.10). Sono differenze piccole e contenute, entrambe ampiamente entro l'intervallo del Grade 5. È così che l'omogeneità della composizione si presenta sulla carta. È anche il motivo per cui le specifiche aerospaziali e le indicazioni della stessa FAA richiedono che la barra sia riconducibile a un lingotto specifico e almeno alla metà superiore o inferiore da cui è stata ricavata, affinché la composizione chimica sul certificato corrisponda effettivamente al metallo ricevuto.
Gli interstiziali contano più di Al e V
Alluminio e vanadio definiscono la lega. I quattro elementi leggeri, ossigeno, azoto, carbonio, idrogeno, gli “interstiziali”, ne determinano il comportamento. Occupano gli spazi del reticolo del titanio e ogni decimo di punto percentuale modifica sensibilmente le proprietà meccaniche.
| Effetto dell'elemento |
|---|
| L'ossigeno (0,186 / 0,181%) è l'elemento con l'effetto maggiore. L'ossigeno aumenta la resistenza, ma riduce la duttilità e la tenacità a frattura. A 0,18% questo lotto è un normale Grade 5 con valori adeguati, ma si osservi che sarebbe non conforme a Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI), che limita l'ossigeno a 0,13%. Stessa lega, diverso limite per gli interstiziali. La nostra guida alla scelta del grado spiega quando questa distinzione cambia il grado che sarebbe opportuno ordinare. |
| L'idrogeno (<0,0006%, ossia <6 ppm) è l'elemento da tenere sotto controllo. L'idrogeno provoca criccatura ritardata (infragilimento da idrogeno) nel titanio. Il limite per Grade 5 è 150 ppm; questo lingotto è al di sotto di 6 ppm, risultato di una corretta pratica del vuoto e di spugna pulita. |
| Azoto (0,007%) e carbonio (<0,004%) sono entrambi un ordine di grandezza al di sotto dei rispettivi limiti. In particolare, un contenuto elevato di azoto forma inclusioni dure e fragili, quindi valori bassi sono favorevoli. |
Che cosa sarebbe opportuno verificare effettivamente durante il controllo in accettazione
| Verifica del certificato |
|---|
| Il numero di lotto sul certificato corrisponde alla marcatura sul metallo? Sarebbe opportuno che il numero di lotto fosse fisicamente presente sul lingotto o sulla barra, non soltanto sulla carta. Senza corrispondenza, nessuna accettazione. |
| Sia la testa sia il fondo rientrano nella specifica ordinata: non soltanto un'estremità, e non soltanto “Grade 5” in senso generico. |
| Il laboratorio di prova è indipendente e accreditato? Questo rapporto riporta l'accreditamento CNAS e indica i metodi di prova per ciascun elemento (YS/T 1262-2018 per gli elementi metallici; serie GB/T 4698 per O, N, H, C). Un certificato senza riferimenti ai metodi non è verificabile. |
| Gli interstiziali sono adatti all'applicazione, non soltanto alla lega? Se occorre la tenacità ELI, un ossigeno di 0,18% è motivo di scarto, anche se soddisfa Grade 5. |
Dal lingotto all'ordine
Tutto ciò che viene dopo eredita questa composizione chimica. La stessa colata diventa Barra Ti-6Al-4V, lamiera spessa Grade 5 e materiale per forgiatura, e il certificato del materiale che accompagna l'ordine dovrebbe essere riconducibile all'analisi del lingotto mostrata qui. Quando è richiesta la tenacità del materiale a contenuto extra basso di interstiziali, occorre partire da un lingotto diverso. Vedere barra Ti-6Al-4V ELI (Grade 23).
Per il pacchetto di certificazione, compresa la differenza tra i documenti EN 10204 2.1, 2.2, 3.1 e 3.2, consultare come verificare la qualità del titanio con un certificato del materiale.
FAQ
TC4 è uguale a Grade 5?
TC4 è la designazione cinese (GB) di Ti-6Al-4V; ASTM Grade 5 e AMS 4928 riguardano la stessa composizione chimica nominale con 6% Al e 4% V. I limiti di composizione coincidono, motivo per cui un lingotto TC4 può essere certificato secondo ASTM B348 Grade 5.
Perché l'ossigeno è riportato con tre decimali mentre Al soltanto con due?
Perché con 0,18% di ossigeno, una variazione di 0,02% modifica in modo misurabile il carico di snervamento e la tenacità, mentre una variazione di 0,02% su 6,4% di alluminio non lo fa. La precisione di presentazione segue la sensibilità.
Che cosa indica una differenza tra testa e piede?
Quantifica la segregazione nel lingotto. Differenze ridotte (come lo 0.10 fino a 0.18% qui riportato) indicano una fusione omogenea. Differenze elevate significano che la composizione chimica ricevuta dipende dal punto da cui è stata ricavata la barra, con un rischio per tracciabilità e uniformità.
Ciò che il certificato della barra finita deve poi riportare, riga per riga con il metodo di prova alla base di ogni numero, è trattato in chi fornisce barre di titanio ASTM B348 con certificati 3.1 secondo EN 10204.
È possibile ottenere il certificato del lingotto relativo alla propria colata?
Sì. Il materiale può essere fornito con certificato del materiale e documentazione EN 10204 3.1, con tracciabilità tramite il numero di colata dal certificato al materiale marcato. Inviare una richiesta tecnica con i requisiti relativi a grado, norma e documentazione.
Come appare un vero rapporto sul lingotto dall'inizio alla fine
La posizione è importante perché un lingotto non solidifica in modo uniforme, e la colonna del campionamento in un rapporto serve a dimostrarlo. In un'analisi di laboratorio indipendente di un lingotto Beiyu Ti-6Al-4V, valutato secondo GB/T 3620.1-2016 ed eseguito secondo ASTM E2371-21a per i metalli di lega con la serie GB/T 4698 per gli interstiziali, lo stesso lingotto ha dato letture diverse in ciascuna delle tre posizioni di campionamento.
| Elemento, w/per cento | Parte superiore | Centro | Parte inferiore | Intervallo |
|---|---|---|---|---|
| Alluminio | 6.34 | 6.29 | 6.15 | 0.19 |
| Vanadio | 4.22 | 4.31 | 4.23 | 0.09 |
| Ferro | 0.100 | 0.110 | 0.117 | 0.017 |
| Ossigeno | 0.092 | 0.095 | 0.117 | 0.025 |
Ogni valore rientra nell'intervallo ASTM B348 Grade 5 di 5.50 a 6.75 per cento di alluminio, 3.50 a 4.50 per cento di vanadio, 0.40 per cento massimo di ferro e 0.20 per cento massimo di ossigeno, quindi questo lingotto è conforme in tutte e tre le posizioni. La lettura da trarre è che l'alluminio è variato di 0.19 per cento e l'ossigeno di 0.025 per cento lungo un lingotto, motivo per cui un rapporto che riporta un unico valore senza la posizione di campionamento comunica meno di quanto sembri. Beiyu fornisce questa analisi con il numero di colata nel certificato affinché un acquirente possa collegare la posizione al materiale effettivamente spedito.
Dettagli delle specifiche con fonti
I metodi di prova rendono verificabile un certificato di lingotto in titanio, e ciascuna famiglia di elementi nel rapporto ha il proprio numero ASTM. ASTM E539 copre l'analisi delle leghe di titanio mediante spettrometria a fluorescenza a raggi X, il metodo di routine per elementi metallici quali alluminio, vanadio e ferro; ASTM E1409 copre ossigeno e azoto mediante fusione in gas inerte; e ASTM E1941 copre il carbonio nei metalli reattivi mediante analisi per combustione. Un rapporto che indica i propri metodi, siano essi queste procedure ASTM o le corrispondenti GB/T, può essere ripetuto da un secondo laboratorio, che è la definizione operativa di certificato verificabile.
Beiyu Titanium applica la stessa catena dalla fusione al prodotto marcato ai propri ordini di lingotti: la composizione chimica viene verificata presso un laboratorio esterno o interno allo stabilimento produttore nell'ambito del flusso qualità dello stabilimento, e il numero di colata attribuito al lingotto segue il materiale fino alla barra forgiata a caldo da 50 a 500 mm di diametro in lunghezze fino a 3000 mm secondo ASTM B381 e ASME SB381. Letto insieme al rapporto sopra, questo è l'uso pratico di un'analisi di testa e fondo: Beiyu può risalire dalla barra su un ordine d'acquisto alla sua fusione tramite quel numero di colata, perché il numero accompagna il metallo dal lingotto alla spedizione.
Inviare una richiesta di offerta tecnica
Per le richieste di offerta relative alla tracciabilità di lingotti o billette di titanio, includere grado, forma del prodotto, requisiti del numero di colata, dimensioni, quantità e formato richiesto del rapporto di prova.