Ti-6Al-4V

Aleación de titanio

Ti-6Al-4V (designación UNS R56400 ), también llamado a veces TC4 , Ti64 , ^[1] o ASTM Grado 5 , es una aleación de titanio alfa-beta con una alta resistencia específica y una excelente resistencia a la corrosión . Es una de las aleaciones de titanio más utilizadas y se aplica en una amplia gama de aplicaciones donde son necesarias una baja densidad y una excelente resistencia a la corrosión, como por ejemplo la industria aeroespacial y aplicaciones biomecánicas (implantes y prótesis ).

Los estudios de las aleaciones de titanio utilizadas en armaduras comenzaron en la década de 1950 en el Arsenal de Watertown , que más tarde pasó a formar parte del Laboratorio de Investigación del Ejército . ^{[2] [3]}

Stanley Abkowitz (1927-2017), graduado del MIT en 1948, fue un pionero en la industria del titanio y se le atribuye la invención del Ti-6Al-4V durante su estancia en el Laboratorio Watertown Arsenal del Ejército de EE. UU. a principios de la década de 1950. ^[4]

La aleación de titanio, aluminio y vanadio fue aclamada como un gran avance con importancia militar estratégica. Es la aleación de titanio de mayor éxito comercial y todavía se utiliza en la actualidad, habiendo dado forma a numerosas aplicaciones industriales y comerciales. ^[5]

Se está produciendo un mayor uso de aleaciones de titanio como biomateriales debido a su módulo más bajo, biocompatibilidad superior y resistencia a la corrosión mejorada en comparación con los aceros inoxidables y aleaciones a base de cobalto más convencionales. ^[6] Estas atractivas propiedades fueron una fuerza impulsora para la introducción temprana de aleaciones α (cpTi) y α+β (Ti—6Al—4V), así como para el desarrollo más reciente de nuevas composiciones de aleaciones de Ti y titanio b metaestable ortopédico. aleaciones. Estos últimos poseen una biocompatibilidad mejorada, un módulo elástico reducido y una resistencia superior a la fatiga controlada por deformación y a la entalla. ^[7] Sin embargo, la escasa resistencia al corte y al desgaste de las aleaciones de titanio han limitado su uso biomédico. Aunque la resistencia al desgaste de las aleaciones b-Ti ha mostrado cierta mejora en comparación con las aleaciones a#b, la utilidad final de las aleaciones de titanio ortopédicas como componentes de desgaste requerirá una comprensión fundamental más completa de los mecanismos de desgaste involucrados.

Química

(en % en peso) ^[8]

Propiedades físicas y mecánicas.

Una posible microestructura de una aleación Ti-6Al-4V con granos alfa equiaxiales y fase beta discontinua

La aleación de titanio Ti-6Al-4V existe comúnmente en fases alfa, con estructura cristalina hcp (SG: P63/mmc) y beta, con estructura cristalina bcc (SG: Im-3m). Si bien las propiedades mecánicas son función de la condición del tratamiento térmico de la aleación y pueden variar según las propiedades, a continuación se muestran los rangos de propiedades típicos para Ti-6Al-4V bien procesado. ^{[9] [10] [11]} El aluminio estabiliza la fase alfa, mientras que el vanadio estabiliza la fase beta. ^{[12] [13]}

Ti-6Al-4V tiene una conductividad térmica muy baja a temperatura ambiente de 6,7 a 7,5 W/m·K, ^{[14] [15],} lo que contribuye a su maquinabilidad relativamente pobre. ^[15]

La aleación es vulnerable a la fatiga por permanencia en frío. ^{[16] [17]}

Tratamiento térmico de Ti-6Al-4V.

Procesos de recocido en molino, recocido dúplex y tratamiento en solución y tratamiento térmico de envejecimiento para Ti-6Al-4V. Los tiempos y temperaturas exactos variarán según el fabricante.

El Ti-6Al-4V se trata térmicamente para variar las cantidades, la microestructura y las fases de la aleación. La microestructura variará significativamente según el tratamiento térmico exacto y el método de procesamiento. Tres procesos comunes de tratamiento térmico son el recocido en molino, el recocido dúplex y el tratamiento y envejecimiento en solución. ^[18] ${\displaystyle \alpha }$ ${\displaystyle \beta }$

Aplicaciones

• Estructuras aeroespaciales. El Boeing 787 tiene un 15% de titanio en peso ^[19] y el Airbus A350 un 14%. ^[20]
• Implantes y prótesis biomédicas ^[21]
• Coches de carreras de alto rendimiento
• bicicletas de alta gama
• Fabricación aditiva ^[22]
• Funda Apple iPhone 15 Pro (Max)
• Aplicaciones marinas: Ti-6Al-4V Grado 5 se usa ampliamente en aplicaciones marinas ^{[ se necesita desambiguación ]} debido a su excepcional resistencia a la corrosión en ambientes de agua de mar. ^[23] El Ti-6Al-4V se aplica en componentes expuestos a atmósferas marinas y condiciones submarinas, como en la construcción naval , plataformas marinas de petróleo y gas y equipos submarinos. ^{[24] [25]} Su resistencia a la corrosión ayuda a reducir los costos de mantenimiento y extender la vida útil de los equipos marinos. ^[26]

Especificaciones

• UNS: R56400
• Estándar AMS: 4928 ^[27]
• Norma ASTM: F1472
• Estándar ASTM: B265 Grado 5 ^[28]

Referencias

1. Paul K. Chu; XinPei Lu (15 de julio de 2013). Tecnología de plasma de baja temperatura: métodos y aplicaciones. Prensa CRC. pag. 455.ISBN​ 978-1-4665-0991-7.
2. "Fundación de ARL". www.arl. ejército.mil . Laboratorio de Investigación del Ejército . Consultado el 6 de junio de 2018 .
3. Gooch, William A. "El diseño y la aplicación de aleaciones de titanio a plataformas del ejército de EE. UU. -2010" (PDF) . Laboratorio de Investigación del Ejército de EE. UU . Consultado el 6 de junio de 2018 .
4. "Stan Abkowitz, '48 - MIT Technology Review". 18 de octubre de 2016.
5. "Stanley Abkowitz, 90; pionero de la industria del titanio - Asociación Internacional del Titanio".
6. Largo, M.; Estante, HJ (1998). "Aleaciones de titanio en reemplazo total de articulaciones: una perspectiva de la ciencia de los materiales". Biomateriales . 18 (19): 1621-1639. doi :10.1016/S0142-9612(97)00146-4. PMID  9839998.
7. Gutmanas, EY; Gotman, I. (2004). "Cabeza de Ti – 6Al – 4V recubierta con nitruro de Ti PIRAC contra estudio de simulador de desgaste de cadera y copa acetabular de UHMWPE". Revista de ciencia de materiales: materiales en medicina . 15 (4): 327–330. doi :10.1023/B:JMSM.0000021096.77850.c5. PMID  15332594. S2CID  45437647.
8. Especificación estándar para aleación forjada de titanio-6aluminio-4vanadio para aplicaciones de implantes quirúrgicos (UNS R56400)
9. "Titanio Ti-6Al-4V (grado 5), recocido". asm.matweb.com . ASM Aeroespacial Especificación Metals, Inc. Consultado el 14 de marzo de 2017 .
10. "Ficha técnica de aleación de titanio Ti 6Al-4V". cartech.com . Corporación de Tecnología Carpenter . Consultado el 14 de marzo de 2017 .
11. "AZoM Conviértase en miembro Buscar... Propiedades del menú Buscar Este artículo tiene datos de propiedades, haga clic para ver Aleaciones de titanio - Ti6Al4V Grado 5". www.azom.com . Materiales AZO. 30 de julio de 2002 . Consultado el 14 de marzo de 2017 .
12. Wanhill, Russell; Barter, Simon (2012), "Metalurgia y microestructura", Fatiga de aleaciones de titanio beta procesadas y beta tratadas térmicamente , Springer Países Bajos, págs. 5-10, doi :10.1007/978-94-007-2524-9_2, ISBN 9789400725232
13. Donachie, Matthew J. (2000). Titanio: una guía técnica (2ª ed.). Materials Park, OH: ASM Internacional. págs. 13-15. ISBN 9781615030620. OCLC  713840154.
14. "Hoja de datos de materiales ASM". asm.matweb.com . Consultado el 20 de junio de 2020 .
15. Yang, Xiaoping; Liu, C. Richard (1 de enero de 1999). "Mecanizado de titanio y sus aleaciones". Ciencia y tecnología del mecanizado . 3 (1): 107–139. doi :10.1080/10940349908945686. ISSN  1091-0344.
16. BEA (septiembre de 2020). "Resultados de la investigación del accidente AF066" (PDF) .
17. Pilchak, Adam L.; Hutson, Alisha; Portero, W. John; Buchanan, Dennis; Juan, Reji (2016). "Sobre la respuesta al crecimiento de grietas por fatiga cíclica y fatiga de permanencia de Ti-6Al-4V". Actas de la 13ª Conferencia Mundial sobre Titanio . págs. 993–998. doi :10.1002/9781119296126.ch169. ISBN 9781119296126.
18. Comité de MAPE (2000). "La metalurgia del titanio". Titanio: una guía técnica . ASM Internacional. págs. 22-23.
19. Halcón, Jeff (25 de mayo de 2005). El Boeing 787 Dreamliner: más que un avión (PDF) . Simposio AIAA/AAAF sobre reducción de emisiones y ruido de aeronaves. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica . Archivado desde el original (PDF) el 8 de agosto de 2007 . Consultado el 15 de julio de 2007 .
20. Guy Hellard (2008). "Composites en Airbus: una larga historia de innovaciones y experiencias" (PDF) . Foro Mundial de Inversores . Aerobús. Archivado desde el original (PDF) el 4 de octubre de 2016 . Consultado el 30 de enero de 2019 .
21. "Aleación de titanio Ti6Al4V" (PDF) . Arcam . Archivado desde el original (PDF) el 15 de febrero de 2020 . Consultado el 16 de diciembre de 2015 .
22. "Polvo de aleación de titanio Ti64". Tekna .
23. "Desmitificando las aleaciones de titanio: TI 6-4 Grado 5 VS. TI 23". Materiales avanzados de Stanford . Consultado el 30 de junio de 2024 .
24. Sorkin, G.; Carril, IR; Cavallaro, JL (1982). "Ti-6A1-4V para usos marinos". En Williams, JC (ed.). Titanio y Aleaciones de Titanio . Saltador. págs. 2139-2147. doi :10.1007/978-1-4757-1758-7_49. ISBN 978-1-4757-1760-0.
25. Gurrappa, I. (2003). "Caracterización de la aleación de titanio Ti-6Al-4V para aplicaciones químicas, marinas e industriales". Caracterización de Materiales . 51 (2–3): 131–139. doi :10.1016/j.matchar.2003.10.006.
26. Alijibori, HS; Alamiéry, A.; Kadhum, AAH (2023). "Avances en revestimientos protectores contra la corrosión: una revisión completa". En t. J. Corros. Inhibición de escala . 12 (4): 1476-1520. doi :10.17675/2305-6894-2023-12-4-6.
27. SAE AMS4928W, barras, alambres, piezas forjadas, anillos y formas dibujadas de aleación de titanio 6Al - 4V recocido, Warrendale, PA: SAE International , consultado el 28 de septiembre de 2022
28. "§1.1.5", ASTM B265-20a, Especificación estándar para tiras, láminas y placas de titanio y aleaciones de titanio, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2020, doi :10.1520/B0265-20A , consultado el 13 de agosto de 2020