Lega di titanio TA18 (Ti-3Al-2.5V) vs TC4 (Ti-6Al-4V): differenze e selezione

TA18 e TC4 sono le due denominazioni cinesi che compaiono più spesso nelle richieste di titanio e confonderle è costoso. TA18 è la lega quasi-alfa Ti-3Al-2.5V, equivalente al grado 9 nel sistema ASTM. TC4 è la lega alfa-beta Ti-6Al-4V, equivalente al grado 5. Le designazioni sono definite in GB/T 3620.1 e le due leghe non sono intercambiabili in nessuna delle due direzioni.

Due leghe, due diverse filosofie di design

Le leghe di titanio sono classificate in base alle fasi presenti a temperatura ambiente, perché ciò determina sia le proprietà che il percorso di produzione.

TA18 (Ti-3Al-2,5V, grado 9, UNS R56320)è una lega quasi-alfa. L'alluminio, uno stabilizzatore alfa, è l'aggiunta principale ed è presente solo dal 2,0 al 3,0% di vanadio, quindi la struttura è quasi interamente a fase alfa esagonale. La lega non viene rinforzata dal trattamento termico; viene utilizzato allo stato ricotto. I suoi vantaggi sono formabilità a freddo, saldabilità, resistenza moderata ed eccellente resistenza alla corrosione.

TC4 (Ti-6Al-4V, grado 5, UNS R56400)è una lega alfa-beta contenente dal 5,5 al 6,75% di alluminio e dal 3,5 al 4,5% di vanadio. Può essere rafforzato mediante solubilizzazione e invecchiamento, motivo per cui raggiunge livelli di resistenza più elevati e domina le applicazioni su cellule e motori.

Confronto della composizione chimica

I limiti sono quelli della ASTM B348 per barra e billetta e della ASTM B338 per tubo; le varianti a basso ELI interstiziale di entrambe le leghe comportano limiti più severi di ossigeno e ferro.

Proprietà meccaniche e dati fisici

Il TC4 ha una resistenza allo snervamento di circa il 70%, ma il TA18 è molto più duttile e può essere ridotto a freddo, arrotolato e piegato senza ricottura intermedia. Per una linea idraulica-a pareti sottili o un tubo-pillerizzato a freddo, tale differenza decide il percorso del processo.

Lavorazione, Saldatura e Trattamento Termico

TA18 è la lega più amichevole in officina. Viene lavorato a freddo in tubi senza saldatura per sistemi idraulici e di carburante, piegato con raggi stretti, svasato o flangiato e saldato con metodi di gas inerte di tungsteno con buoni risultati, a condizione che il bagno fuso sia protetto finché non si è raffreddato al di sotto di circa 400 gradi Celsius. Poiché non risponde all'invecchiamento, l'obiettivo delle proprietà viene raggiunto dalla ricottura e dalla quantità di lavorazione a freddo lasciata nel prodotto.

TC4 richiede più disciplina. Viene lavorato a caldo e poi ricotto o trattato con soluzione e invecchiato per raggiungere una resistenza maggiore. La saldatura per fusione produce una struttura trasformata con duttilità inferiore nella zona di saldatura, quindi le parti saldate in TC4 vengono generalmente alleviate dallo stress dopo la saldatura e la custodia alfa arricchita di ossigeno-che si forma a temperatura deve essere rimossa chimicamente. La lavorazione del TC4 è inoltre più lenta della lavorazione del TA18, poiché la maggiore resistenza e la minore duttilità accelerano l'usura dell'utensile.

Entrambe le leghe devono essere tagliate, rettificate e spazzolate con consumabili dedicati. La contaminazione da ferro derivante da utensili in acciaio si manifesta successivamente come colorazione da corrosione.

Entrambi richiedono una schermatura inerte durante la saldatura ed entrambi necessitano che la zona di saldatura venga pulita dall'ossido prima e dopo la saldatura.

Nessuna delle due leghe dovrebbe essere riscaldata nell'aria al di sopra del punto in cui l'ossigeno si diffonde nella superficie, a circa 600 gradi Celsius.

Applicazioni tipiche

TA18:tubi idraulici e di carburante per aerei, articoli tubolari per paesi petroliferi, tubi per scambiatori di calore, telai e manubri di biciclette, aste di mazze da golf, pezzi grezzi di canne da pesca, hardware sportivo e marino.

TC4:pezzi fucinati e raccordi della cellula, pale e dischi del compressore, supporti del motore, elementi di fissaggio, componenti del carrello di atterraggio, impianti medici, sale sottovuoto e apparecchiature per processi chimici, parti automobilistiche e per sport motoristici, macchinari per la carta e il tessile.

Come scegliere tra TA18 e TC4

Lavora prima con la forza richiesta. Se lo stress di progetto rimane al di sotto della resa di 483 MPa del TA18 ricotto e la parte deve essere piegata, arrotolata, espansa o saldata, il TA18 sarà più economico da produrre e più tollerante alle variazioni del processo. Se la parte richiede una capacità di trazione superiore a 620 MPa o deve resistere alla fatica a cicli-elevati con sollecitazioni elevate, TC4 è la risposta corretta e i costi di lavorazione aggiuntivi devono essere inclusi nella progettazione. Laddove la resistenza alla corrosione nei mezzi di cloruro è l'unico requisito e la resistenza è secondaria, i gradi di purezza commerciale come il Grado 2 sono più economici di entrambe le leghe.

Idee sbagliate comuni

TA18 è un grado inferiore di TC4.Si tratta di un sistema di lega diverso, scelto per formabilità e saldabilità, non un sostituto più economico.

TC4 può essere piegato come TA18.La piegatura a freddo di TC4 a raggi stretti provoca fessurazioni; necessita di formatura a caldo o di raggi di curvatura generosi.

Il tubo di grado 9 può essere rinforzato mediante trattamento termico.Non può. La forza deriva dalle condizioni di ricottura e dal lavoro a freddo.

Le due leghe possono essere utilizzate in modo intercambiabile nei sistemi di tubi.Differiscono in modulo, duttilità e risposta alla saldatura, quindi i raccordi, i raggi di curvatura e le procedure di saldatura sono specifici della lega.

Domande frequenti

D: TA18 è uguale al titanio di grado 9?
SÌ. TA18 è la designazione cinese della lega Ti-3Al-2.5V che ASTM elenca come Grado 9, UNS R56320. I requisiti chimici e meccanici corrispondono quando viene applicata la stessa specifica di prodotto.

D: Il TC4 è uguale al titanio di grado 5?
SÌ. TC4 corrisponde a Ti-6Al-4V, Grado 5, UNS R56400. La versione ELI con livelli inferiori di ossigeno e ferro è denominata TC4 ELI e corrisponde al Grado 23.

D: Quale lega è più forte, TA18 o TC4?
TC4. Il TC4 ricotto ha un limite di snervamento minimo di 828 MPa contro i 483 MPa del TA18, una differenza di circa il 70%, e il TC4 può essere ulteriormente rafforzato mediante solubilizzazione e invecchiamento.

D: Quale lega si salda più facilmente?
TA18. La sua struttura quasi-alfa e il basso contenuto di lega garantiscono una saldatura più tollerante, mentre le saldature TC4 richiedono una schermatura più stretta, riduzione dello stress post-saldatura e rimozione dell'involucro alfa.

D: Perché TA18 viene utilizzato per i tubi idraulici?
Perché può essere ridotto a freddo e piegato a raggi stretti mantenendo buone prestazioni in termini di resistenza alla fatica e alla corrosione, che è esattamente ciò che richiede una linea idraulica o di carburante di un aereo a pareti sottili-.

D: È possibile saldare tra loro TA18 e TC4?
Possono essere uniti mediante saldatura per fusione, ma la microstruttura diversa e la mancata corrispondenza della resistenza rendono essenziali una procedura qualificata e un'ispezione post-saldatura e il giunto viene solitamente posizionato lontano dalla regione di maggiore stress.