Barra de titanio GR5 (Ti-6Al-4V): introducción del producto
Descripción general
Barra de titanio GR5(Grado 5, designación chinaTC4) es un producto en forma de barra-hecho de la aleación Ti-6Al-4V -, la aleación de titanio más utilizada en el mundo y que representa más del 50 % del consumo total de titanio. Combina alta resistencia, baja densidad, excelente resistencia a la corrosión y buena fabricabilidad, lo que lo convierte en el material estándar para aplicaciones aeroespaciales, médicas, marinas e industriales de alto-rendimiento. Las barras GR5 generalmente se suministran como productos laminados en caliente, forjados o estirados en frío/rectificados con diámetros desde3 mm a 300+ mm, en longitudes de hasta 6 metros o según se requiera.
1. Composición química (según ASTM B348 / ASTM F136)
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| Elemento | Contenido (% en peso) | Función |
|---|---|---|
| Titanio (Ti) | Saldo (~90%) | metales comunes |
| Aluminio (Al) | 5.5 – 6.75% | -estabilizador; fortalece y mejora el rendimiento a altas-temperaturas |
| Vanadio (V) | 3.5 – 4.5% | -estabilizador; Mejora la resistencia, ductilidad y templabilidad. |
| Hierro (Fe) | Menor o igual a 0,40% | Límite de impureza |
| Oxígeno (O) | Menor o igual a 0,20% | Fortalecimiento intersticial (controlado) |
| Carbono (C) | Menor o igual a 0,08% | Límite de impureza |
| Nitrógeno (N) | Menor o igual a 0,05% | Límite de impureza |
| Hidrógeno (H) | Menor o igual a 0,015% | Límite de impurezas (riesgo crítico de fragilización -) |
| Itrio (Y) | Menor o igual a 0,005% | Límite residual |
2. Propiedades mecánicas (ASTM B348, estado recocido)
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| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Resistencia a la tracción | Mayor o igual a 895 MPa(normalmente entre 950 y 1100 MPa) |
| Fuerza de producción | Mayor o igual a 825 MPa(normalmente entre 850 y 1000 MPa) |
| Alargamiento | Mayor o igual al 10% (normalmente entre 14 y 18%) |
| Reducción de área | Mayor o igual al 25% |
| Dureza | ~320–360 HB (≈ 34–38 HRC) |
| Densidad | 4,43 g/cm³(alrededor del 56% del acero) |
| módulo elástico | ~114 GPa |
| rango de fusión | ~1.600–1.670 grados |
| Temperatura de servicio | –250 grados a ~400 grados(largo-plazo) |
Despuéstratamiento en solución + envejecimiento (STA), la resistencia puede alcanzar 1100-1300 MPa - un aumento de ~20-30% con respecto a la condición recocida.
3. Propiedades físicas
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| Propiedad | Valor | Notas |
|---|---|---|
| Relación fuerza-a-peso | Excepcional | Más alto que la mayoría de los aceros y aleaciones de aluminio. |
| Conductividad térmica | 6.7 W/(m·K) | Concentraciones de calor de mecanizado bajas - en la herramienta |
| Expansión térmica | 8.6 × 10⁻⁶/K | Baja - buena estabilidad dimensional |
| Calor específico | ~560 J/(kg·K) | |
| Biocompatibilidad | Excelente | No-tóxico, totalmente aceptado por el tejido humano |
| Resistencia a la corrosión | Excelente película pasiva de TiO₂ | Agua de mar, cloruros, ácidos oxidantes, fluidos corporales. |
| Propiedades magnéticas | No-magnético | Adecuado para dispositivos compatibles con MRI- |
4. Características metalúrgicas
+ estructura de dos-fases: El aluminio estabiliza la fase hexagonal; El vanadio estabiliza la fase cúbica centrada -del cuerpo (-temperatura transus ≈ 980-1000 grados).
Tratable con calor-: La fase permitesolución + tratamiento envejecimientopara obtener ganancias sustanciales de resistencia - una ventaja clave sobre el titanio comercialmente puro.
Control de microestructura: El procesamiento en el campo + produce estructuras dúplex finas (equiaxiales + transformadas) con el mejor equilibrio entre resistencia, ductilidad y resistencia a la fatiga.
Sensibilidad: La captación de hidrógeno debe controlarse estrictamente (soldadura, decapado, refrigerante de mecanizado); -el contenido de la fase aumenta a temperaturas elevadas - se debe gestionar la ventana de trabajo en caliente.
5. Proceso de fabricación
Fusión- Triple fusión por arco al vacío (VAR) de titanio esponjoso + aleación maestra de Al-V para lograr homogeneidad
Forja/avería- Lingote forjado en palanquillas en el campo o +
Laminación en caliente / forjado en barra- Laminado o forjado hasta alcanzar el diámetro final o casi-final (normalmente entre 700 y 950 grados)
Recocido- Recocido en molino a 700–850 grados para restaurar la ductilidad
Estirado en frío / rectificado sin centros(opcional) - Para diámetros de precisión y acabados superficiales
Alisado- Enderezamiento rotatorio o por prensa
Tratamiento superficial- Mecanizado/torneado, pulido o pulido con chorro de arena
Inspección y pruebas- Detección de defectos UT, comprobaciones dimensionales, pruebas de tracción, PMI, tinte penetrante - MTC completo (EN 10204 3.1/3.2) suministrado
6. Formas y tolerancias del producto
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| Forma | Descripción | Tolerancia típica |
|---|---|---|
| Barra laminada en caliente- | Como-superficie laminada, negra/oxidada | h11/h12 |
| barra forjada | Mejor calidad interna, mayores diámetros | Por acuerdo |
| Barra-estirada en frío/rectificada | Superficie brillante, dimensiones precisas | h8/h9/h10 |
| Barra pelada/torneada | Superficie mecanizada, capa de carcasa descarburada/{0}}eliminada | h9/h11 |
| Barra de tierra-sin centros | Acabado de espejo o de precisión para mecanizado | h7/h8 |
Condiciones de superficie disponibles:negro (-laminado), decapado, arenado, torneado/esmerilado, pulido.
7. Áreas de aplicación clave
Aeroespacial (mercado más grande)
Componentes estructurales de aeronaves: marcos, soportes, sujetadores.
Piezas del motor: palas de compresor, discos, ejes.
Componentes del tren de aterrizaje y del actuador.
Bujes de rotor de helicóptero
Médico
Implantes quirúrgicos: tornillos óseos, placas, clavos intramedulares, dispositivos de fijación espinal
Aditamentos y pilares para implantes dentales
Instrumentos quirúrgicos y espacios en blanco para herramientas.
(Nota: para implantes permanentes, la versión ELI -Grado 23 / Ti-6Al-4V ELI- con intersticiales más bajos a menudo se especifica según ASTM F136)
Marino y offshore
Ejes de hélice, elementos de fijación submarinos, acoplamientos.
Componentes para bombas de agua de mar, vástagos de válvulas
Piezas estructurales de equipos de aguas profundas-
Industria y Energía
Ejes de plantas químicas, agitadores, componentes de bombas.
Componentes del recipiente de alta-presión
Piezas de carreras automotrices (bielas, válvulas)
Equipo deportivo: cuadros de bicicletas, cabezas de palos de golf, raquetas de tenis.
8. Comparación: barras GR5 frente a barras de titanio puro
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| Artículo | Barra GR2 (TA2) | Barra GR5 (TC4) |
|---|---|---|
| Tipo | Comercialmente puro | + aleación |
| Resistencia a la tracción | ~450–550 MPa | ~950–1100 MPa |
| Fuerza de producción | ~350MPa | ~850MPa |
| Ductilidad | Superior (ε Mayor o igual a 25%) | Moderado (ε mayor o igual a 10-14%) |
| Resistencia a la corrosión | Excelente | Excelente (casi-igual) |
| Tratamiento térmico | Sólo recocido | Solución + envejecimiento disponible |
| Costo | Más bajo | ~2–3 veces mayor |
| Lo mejor para | Equipos químicos, piezas formadas. | Piezas aeroespaciales, médicas y de carga alta- |
9. Estándares relevantes
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| Estándar | Alcance |
|---|---|
| ASTM B348 | Barras y tochos - el estándar principal del producto |
| ASTM F67/F136 | Grados de implantes quirúrgicos (F136 para Ti-6Al-4V ELI) |
| AM 4928 | Especificaciones de barras, forjado y anillos aeroespaciales |
| ASME SB348 | Versión del código del recipiente a presión |
| GB/T 2965 | Estándar chino para barras de titanio y aleaciones de titanio. |
| DIN 3.7165 / EN 3.7164 |
designaciones europeas
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