En campos de vanguardia como aeroespaciales, implantes médicos y productos químicos de alta gama, los materiales de titanio se han convertido en una opción irremplazable debido a su excelente relación de resistencia / peso y resistencia a la corrosión ., sin embargo, dentro de la familia Titanium, titanio puro industrial Titanium (Gr1) y titanium Alloy TC4 (Ti -6} al}} al}}}}}}}}}}}}} {9} Gr5) exhiben actuaciones sorprendentemente diferentes en términos de composición química, propiedades físicas y aplicaciones prácticas .
From the compositional differences under ASTM standards (TA1 (Gr1) with a purity of up to 99.5% versus TC4 (Gr5) with 6% aluminum and 4% vanadium alloying), to the significant disparity in mechanical properties (TC4 (Gr5) with a tensile strength exceeding 900 MPa, three times that of TA1 (Gr1)), and the division of application Escenarios (TA1 (GR1) que dominan las tuberías químicas, mientras que TC4 (GR5) gobierna el gallinero en los motores de aeronaves): este "enfrentamiento de rendimiento" en el dominio de materiales de titanio refleja la profunda alineación entre la ciencia de los materiales y las demandas de ingeniería.
Este artículo, basado en estándares como ASTM B265/F1472, analizará sistemáticamente las diferencias esenciales entre estos dos materiales de titanio clave desde la microestructura hasta la aplicación macro, lo que le ayuda a coincidir con precisión con la selección de materiales con los requisitos del proyecto .
1.
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Elemento |
TA1(GR1) |
TC4 (GR5) |
|
Ti |
Mayor o igual al 99.5% |
Balance |
|
Alabama |
- |
5.5-6.75% |
|
V |
- |
3.5-4.5% |
|
Fe (Max) |
0.20% |
0.40% |
|
O (Max) |
0.18% |
0.20% |
|
C (Max) |
0.08% |
0.08% |
|
N (Max) |
0.03% |
0.05% |
|
H (Max) |
0.015% |
0.015% |
TA1 (GR1) (titanio industrial puro)
Componentes principales: contenido de titanio (Ti) mayor o igual a 99 . 5%, con impurezas trazas (como hierro, carbono, oxígeno, nitrógeno, etc. .).
No hay otros elementos de aleación, cerca del titanio puro .
Tc4 (gr5) (ti -6 al -4 v)
Componentes principales: titanio (Ti) como base, con 6% de aluminio (AL) y 4% Vanadium (V) agregado .
Es una aleación de titanio de doble fase, con un rendimiento mejorado a través de la aleación .
2.
|
Propiedad |
TA1(GR1) |
TC4 (GR5) |
|
Densidad (g/cm³) |
4.51 |
4.43 |
|
Punto de fusión (grado) |
Acerca de1668 |
Acerca de1600-1650 |
|
Conductividad térmica (w/m · k) |
17 |
6.7 |
|
Resistividad eléctrica (μΩ · m) |
0.42 |
1.7 (Debido a elementos de aleación) |
|
Coeficiente de expansión térmica (10⁻⁶/ grado) |
8.6 |
8.9 |
Diferencia: TC4 (GR5) tiene una conductividad térmica más baja y una mayor resistividad eléctrica debido a la aleación, adecuada para componentes estructurales de alta temperatura pero con una disipación de calor más pobre .
3.
|
Propiedad |
TA1(GR1) |
TC4 (GR5) |
|
Resistencia a la tracción (MPA) |
240-550 |
895-930 (min) |
|
Resistencia al rendimiento (MPA) |
170-485 |
825 (min) _ |
|
Alargamiento(%) |
24(min) _ |
10(min) _ |
|
Dureza (HV) |
Inferior (aproximadamente 120 HV) |
Más alto (aproximadamente 330 HV) |
|
Módulo elástico (GPA) |
102 |
110-114 |
Diferencia: TC4 (GR5) tiene una fuerza 2-3 veces que la de Ta1 (gr1), pero con plasticidad más baja (alargamiento más bajo) .
TC4 (GR5) tiene una mejor resistencia de fatiga y resistencia a la fluencia (adecuada para cargas dinámicas) .
4. Resistencia a la corrosión
Puntos comunes: ambos pasan ASTM B 861/B 862 pruebas de corrosión y funcionan bien en el agua de mar y los entornos de cloruro .
Diferencias:
Ta1 (GR1): ligeramente mejor en la reducción de los ácidos (como el ácido clorhídrico) que TC4 (GR5) (debido a ningún riesgo de segregación Al/V) .
TC4 (GR5): puede formar una película protectora debido a un elemento Al en entornos de oxidación de alta temperatura, pero tiene sensibilidad a la corrosión de estrés ligeramente mayor .
5.
|
Proceso |
TA1(GR1) |
TC4 (GR5) |
|
Trabajo en frío |
Excelente (ASTM B381 permite dibujo profundo) |
Requiere recocido (de lo contrario propenso a agrietarse) |
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Trabajo caliente |
No requerido |
Requiere la temperatura de transición por encima de la fase (~ 955 grados) |
|
Soldadura |
Excelente (soldadura tig/láser, ASTM B 862) |
Bueno (requiere gas protector para prevenir la oxidación) |
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Maquinabilidad |
Tendicencia para seguir la cuchilla |
Peor (requiere herramientas especiales) |
6.
|
Campo |
TA1(GR1) |
TC4 (GR5) |
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Aeroespacial |
Componentes no con carga (como tubos) |
Cuchillas del motor, tren de aterrizaje (AMS 4928/4930) |
|
Industria química |
Intercambiadores de calor, reactores (ASTM SB338) |
Válvulas de alta presión, cuerpos de la bomba |
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Médico |
Placas de hueso, tornillos (ASTM F67) |
Articulaciones artificiales, implantes dentales (ASTM F136) |
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Marina |
Tuberías de agua de mar (ASTM SB338) |
Hulls de presión submarina (MIL-DTL -46077) |
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Civil |
Decoración de la construcción, cabezas de clubes de golf |
Bielas de conexión de carreras, marcos de bicicleta de alta gama |
7. costo
Ta1 (GR1): precio más bajo (debido a la ausencia de elementos de aleación caros) .
TC4 (GR5): Mayor costo (contiene aluminio y vanadio, y tiene un procedimiento de procesamiento complejo) .
Los dos se complementan entre sí, cubriendo las demandas de las industrias básicas a las tecnologías de vanguardia en todos los escenarios .
