Ti-6Al-4V (Gr5, TC4)

1. Forza specifica eccezionale:
Con una densità di soli 4,43 g/cm³, mostra una resistenza alla trazione maggiore o uguale a 895 MPa in condizioni ricotte (maggiore o uguale a 1100 MPa in condizioni STA), offrendo significativi effetti di alleggerimento e fungendo da materiale di base nelle applicazioni aerospaziali e da corsa.
2. Resistenza alla corrosione superiore:
3. La sua resistenza alla corrosione supera di gran lunga quella dell'acciaio inossidabile nell'acqua di mare, nei cloruri e nella maggior parte dei mezzi acidi e alcalini, eliminando la necessità di protezione del rivestimento e rendendolo adatto agli ambienti marini e chimici.
3. Buona biocompatibilità:
Non-tossico, non-allergenico e con eccellenti proprietà di osteointegrazione, è uno dei materiali preferiti per i dispositivi medici impiantabili a livello mondiale, conforme allo standard ASTM F136.
4. Prestazioni eccellenti a temperature moderate:
Può funzionare stabilmente per lunghi periodi a temperature inferiori o uguali a 400 gradi e resistere a un'esposizione a breve-termine superiore a 500 gradi mantenendo la stabilità strutturale e della proprietà.
5. Prestazioni a fatica superiori:
Un limite di fatica ciclico elevato-di 500-700 MPa e una forte resistenza alla propagazione delle cricche da fatica lo rendono ideale per condizioni di carico dinamico.
6. Sistema standard maturo:
Conforme a numerosi standard internazionali tra cui ASTM B348, ASTM F136 (medico), ISO 5832-3, AMS 4928 e GB/T 2965, supportato da una catena di fornitura globale matura.

Il trattamento termico di Ti-6Al-4V viene utilizzato principalmente per regolare la corrispondenza tra resistenza e duttilità, con specifiche comuni come segue:
1. Ricottura (per duttilità e stabilità dimensionale ottimali, la condizione più comunemente utilizzata):
Ricottura normale:
Riscaldare a 700-800 gradi, tenere premuto per 1-2 ore, quindi raffreddare all'aria. Ciò si traduce in una microstruttura equiassica + con buone proprietà complessive.
Doppia ricottura:
Primo stadio a 850-950 gradi, aria fresca; seconda fase a 700-750 gradi, aria fresca. Utilizzato per migliorare le prestazioni a fatica e la resistenza alla frattura.
2. Soluzione di trattamento e invecchiamento (STA, per ottenere la massima resistenza):
Trattamento della soluzione:
Riscaldare a 925-955 gradi, mantenere per 0,5-1 ora, quindi spegnere in acqua o in olio (per ottenere una fase metastabile).
Trattamento di invecchiamento:
Riscaldare a 480-595 gradi, tenere premuto per 4-8 ore, quindi raffreddare all'aria. La fase fine precipita, aumentando significativamente la resistenza (resistenza alla trazione maggiore o uguale a 1100 MPa).
Nota: il trattamento termico deve essere eseguito sotto vuoto o sotto protezione di gas inerte per evitare l'ossidazione e la contaminazione della superficie ("strato infragilimento"). La velocità di raffreddamento deve essere sufficientemente elevata da trattenere la fase, ma le sezioni sottili possono utilizzare il raffreddamento ad aria.

Temperatura di funzionamento continuo a lungo-termine (basata principalmente sulla robustezza e sulla resistenza all'ossidazione):
Si consiglia che sia inferiore o uguale a 400 gradi. A questa temperatura, la microstruttura rimane stabile, la velocità di scorrimento è controllabile e il degrado delle prestazioni è accettabile.
Temperatura di esposizione a breve-termine:
Può raggiungere i 500-550 gradi (ad esempio, surriscaldamento a breve termine nei motori degli aerei), ma la forza e la resistenza all'ossidazione diminuiranno in modo significativo.
Temperatura massima di progettazione per i componenti strutturali-portanti la pressione:
Solitamente considerata come 350-400 gradi e i calcoli sulla resistenza allo scorrimento viscoso e a lungo termine devono essere eseguiti in base a livelli di sollecitazione specifici.
Proprietà a bassa-temperatura:
Ti-6Al-4V mostra una maggiore resistenza e una duttilità accettabile a basse temperature (fino a -196 gradi), ma non è buono come le quasi leghe come TA7. Generalmente non è la prima scelta per applicazioni di ingegneria criogenica profonda.

A

Consigli per la selezione: se hai bisogno del massimo rapporto resistenza-/-peso, resistenza alla temperatura moderata e buone prestazioni generali, scegli Ti-6Al-4V (grado 5).
Se si dà priorità alla massima resistenza alla corrosione, formabilità e controllo dei costi e si hanno requisiti di resistenza inferiori, il titanio puro (grado 2) è una scelta più economica.

Ti-6Al-4V ha buone proprietà di saldatura, ma è richiesta la rigorosa aderenza alle specifiche del processo di saldatura della lega di titanio:

1. Metodi di saldatura consigliati: TIG (saldatura a gas inerte di tungsteno), MIG (saldatura a gas inerte di metalli), saldatura al plasma, saldatura a fascio di elettroni, saldatura laser e saldatura ad attrito.
2. Preparazione pre-alla saldatura: l'area di saldatura deve essere rigorosamente pulita per rimuovere olio, incrostazioni e umidità. Si consiglia la pulizia meccanica o chimica (decapaggio).
3. Gas protettivo: per la saldatura e la protezione posteriore deve essere utilizzato gas argon di elevata purezza-(maggiore o uguale al 99,99%) per prevenire l'ossidazione ad alta-temperatura e la contaminazione da idrogeno, ossigeno e azoto. Per le applicazioni critiche, è possibile utilizzare uno schermo di trascinamento del gas argon.
4. Trattamento termico post-saldatura: si consiglia la ricottura di distensione post-stress di saldatura-(circa 500-650 gradi, raffreddata ad aria-) per eliminare le tensioni residue e ripristinare la duttilità della saldatura. Il trattamento termico post-saldatura è particolarmente importante per sezioni spesse o strutture altamente vincolate.
5. Metallo d'apporto: si consiglia un filo d'apporto Ti-6Al-4V dello stesso materiale (ad esempio, AWS A5.16 ERTi-5) per garantire la corrispondenza della composizione della saldatura e delle prestazioni.
6. Punti chiave di controllo: è necessario un controllo rigoroso dell'apporto di calore (energia lineare) per evitare un apporto di calore eccessivo che porti all'ingrossamento della microstruttura della saldatura e alla riduzione della duttilità.

Applicabile per scenari alternativi (Ti-6Al-4V, come lega di titanio per uso generale, è la scelta di riferimento per la maggior parte delle applicazioni):
Quando è necessario bilanciare robustezza, resistenza alla corrosione, lavorabilità e costi, Ti-6Al-4V è la scelta preferita, in grado di sostituire la maggior parte dei materiali di titanio puro industriale e di titanio a bassa lega.
In condizioni di temperatura non-estremamente alta-(inferiore o uguale a 400 gradi), può sostituire quasi- leghe come TA7, ma le sue prestazioni di saldatura e le proprietà di bassa-temperatura sono inferiori a quelle del TA7.
Per requisiti di resistenza non-estremamente elevata-(inferiori o uguali a 1200 MPa), può sostituire le leghe di titanio -con resistenza più elevata ({4}}(ad esempio, Ti-10V-2Fe-3Al) con costi inferiori e migliore lavorabilità.

Scenari in cui la sostituzione non è adatta (è necessario selezionare altri marchi):
For long-term service at extreme high temperatures (>450 gradi): devono essere selezionate leghe di titanio ad alta-temperatura (ad es. Ti-6242S, IMI 834).
Per temperature estremamente basse (< -100°C) with very high plasticity requirements: TA7 is preferable.
Per applicazioni biomediche che richiedono un modulo di elasticità estremamente basso: possono essere prese in considerazione le leghe di beta titanio (ad es. Ti-12Mo-6Zr-2Fe, TMZF).
For ultra-high strength requirements (>1300 MPa): sono necessarie leghe beta o beta titanio metastabili (ad es. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn).

Raccomandazioni sulla selezione del materiale: fornire condizioni operative dettagliate (intervallo di temperatura, tipo di carico, ambiente medio, requisiti di saldatura, durata di servizio) per la selezione del materiale specifico. Possiamo assistervi con analisi comparative tecniche ed economiche per aiutarvi a fare la scelta ottimale tra Ti-6Al-4V e altri gradi di leghe di titanio.