Barra tonda ASTM F136 Ti-6Al-4V ELI (grado 23, UNS R56401): specifiche e proprietà

Panoramica: Cos'è il titanio ELI grado 23?

Il titanio di grado 23, scritto anche Ti-6Al-4V ELI, è la versione interstiziale extra bassa del titanio di grado 5. Le lettere ELI stanno per Extra Low Interstitials, il che significa che ossigeno, ferro, carbonio e azoto sono mantenuti a livelli massimi molto più bassi rispetto al Grado 5. La lega è coperta da ASTM F136 per materiale per impianti chirurgici lavorati, ASTM B348 per barre e billette e ISO 5832-3 per le leghe per impianti. La sua designazione UNS è R56401 e le sue forme comuni includono barra tonda, filo, lamiera, lamiera e lamina. Grazie alla sua maggiore purezza, il Grado 23 offre una migliore tenacità alla frattura e duttilità rispetto al Grado 5, pur mantenendo la stessa composizione chimica nominale pari al 6% di alluminio e al 4% di vanadio.

Composizione chimica secondo ASTM F136 e ASTM B348

La tabella seguente elenca i limiti di composizione specificati per la barra tonda di grado 23. Alluminio e vanadio sono gli elementi di lega; gli elementi interstiziali sono strettamente controllati perché influenzano direttamente la tenacità e il comportamento a fatica.

Il basso limite di ossigeno è la caratteristica distintiva del materiale ELI. Una differenza dello 0,05-0,10% di ossigeno può modificare la resistenza alla frattura con un margine misurabile, motivo per cui le specifiche mediche e aerospaziali critiche per le fratture insistono su uno stretto controllo interstiziale.

Proprietà meccaniche della barra tonda di grado 23

Le proprietà meccaniche dipendono dalla forma e dalle condizioni del prodotto. Per la barra tonda ricotta conforme a ASTM B348 Grado 23, la resistenza alla trazione minima è 895 MPa, la resistenza allo snervamento minima è 825 MPa e l'allungamento minimo è del 10%. Per il materiale per impianti modellati secondo ASTM F136, la barra ricotta mostra tipicamente una resistenza alla trazione minima di 860 MPa e una resistenza allo snervamento minima di 795 MPa con un allungamento minimo del 10% e una riduzione minima dell'area del 25%. Il modulo di elasticità è di circa 114 GPa, circa la metà di quello dell'acciaio, il che è vantaggioso per l'adattamento della rigidità dell'impianto e per le strutture aerospaziali leggere.

Produzione e moduli disponibili

La barra tonda di grado 23 è prodotta mediante forgiatura o laminazione di lingotti che sono stati fusi due o più volte in forni di rifusione ad arco sotto vuoto per garantire l'uniformità chimica. Le barre vengono fornite allo stato ricotto, ed i diametri comuni vanno da circa 3 mm a 200 mm con lunghezze da 1 m a 6 m. Le condizioni della superficie includono tornita o sbucciata, rettificata senza centri, lucidata e brillante. Per i produttori di impianti, la barra viene spesso fornita con un'analisi chimica certificata, risultati di test meccanici e ispezione a ultrasuoni, con tracciabilità completa dal lingotto alla barra finita secondo EN 10204 3.1.

Applicazioni

Impianti ortopedici: steli dell'anca, placche ossee, viti, sistemi di fissazione spinale

Impianti dentali e abutment

Dispositivi cardiovascolari: alloggiamenti di pacemaker, componenti di valvole cardiache-

Aerospaziale: raccordi strutturali, elementi di fissaggio e componenti criogenici dove la tenacità è fondamentale

Hardware marino e chimico ad alte-prestazioni che richiede resistenza alla fatica

Garanzia di qualità e ispezione

L'erogazione affidabile di grado 23 bar dipende da test documentati. Le ispezioni tipiche includono l'analisi chimica mediante emissione ottica o chimica umida, prove di trazione secondo ASTM E8, esame ultrasonico secondo ASTM E2375 per la solidità interna e verifica dimensionale. Gli acquirenti devono richiedere un certificato EN 10204 3.1 che copra numero di colata, composizione, risultati meccanici e condizioni. Per il materiale implantare, potrebbero applicarsi requisiti aggiuntivi come la valutazione microstrutturale e i limiti di pulizia secondo ASTM F136.

Domande frequenti

1. Cosa significa ELI nell'ELI Ti-6Al-4V?

ELI significa Interstitial extra bassi. Ossigeno, ferro, carbonio e azoto sono limitati a valori massimi inferiori rispetto allo standard Grado 5, il che migliora la tenacità alla frattura, la duttilità e la resistenza alla crescita delle cricche da fatica.

2. Il grado 23 è uguale a UNS R56401?

SÌ. UNS R56401 è il numero registrato per Ti-6Al-4V ELI. Il grado standard 5 Ti-6Al-4V è UNS R56400.

3. Qual è la differenza tra ASTM F136 e ASTM B348 per il grado 23 bar?

ASTM F136 copre il titanio lavorato per applicazioni di impianti chirurgici con requisiti di purezza e test più severi, mentre ASTM B348 copre barre, aste e billette per uso generale-. Molti fornitori offrono materiale certificato secondo entrambi gli standard.

4. La barra tonda di grado 23 può essere utilizzata per applicazioni non-mediche?

SÌ. La maggiore tenacità del materiale ELI è preziosa nei raccordi aerospaziali, nei componenti criogenici e nell'hardware marino, sebbene i limiti chimici più severi rendano il Grado 23 più costoso del Grado 5.

5. Quali finiture superficiali sono disponibili sulla barra di grado 23?

Sono comuni le finiture tornite o sbucciate, rettificate senza centri, lucide e brillanti. La barra medica viene spesso fornita rettificata o lucidata per controllare i difetti superficiali che potrebbero ridurre la durata a fatica.

6. La barra Grado 23 richiede lavorazioni speciali?

SÌ. Come tutte le leghe di titanio, ha una bassa conduttività termica e tende a indurirsi, quindi la lavorazione richiede utensili affilati con angoli di spoglia positivi, basse velocità, avanzamento costante e refrigerante ad alta-pressione.