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 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 las aplicaciones biomecánicas (implantes y prótesis ).

Los estudios sobre las aleaciones de titanio utilizadas en armaduras comenzaron en la década de 1950 en el Arsenal de Watertown , que más tarde se convirtió en 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 del Arsenal de Watertown del Ejército de EE. UU. a principios de la década de 1950. ^[4]

La aleación de titanio, aluminio y vanadio fue considerada un gran avance con importancia estratégica militar. 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]

El uso cada vez mayor de aleaciones de titanio como biomateriales se debe a su menor módulo, biocompatibilidad superior y resistencia a la corrosión mejorada en comparación con los aceros inoxidables más convencionales y las aleaciones basadas en cobalto. ^[6] Estas atractivas propiedades fueron una fuerza impulsora para la introducción temprana de las aleaciones α (cpTi) y α+β (Ti—6Al—4V), así como para el desarrollo más reciente de nuevas composiciones de aleaciones de Ti y aleaciones de titanio b metaestables ortopédicas. Estas últimas poseen una biocompatibilidad mejorada, un módulo elástico reducido y una resistencia superior a la fatiga por entalla y controlada por deformación. ^[7] Sin embargo, la baja resistencia al corte y la resistencia 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 la 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 una función de la condición de tratamiento térmico de la aleación y pueden variar según las propiedades, los rangos de propiedades típicos para Ti-6Al-4V bien procesado se muestran a continuación. ^{[9] [10] [11]} El aluminio estabiliza la fase alfa, mientras que el vanadio estabiliza la fase beta. ^{[12] [13]}

El 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 laminado, recocido dúplex, tratamiento en solución y tratamiento térmico de envejecimiento para Ti-6Al-4V. Los tiempos y las temperaturas exactos varían según el fabricante.

El Ti-6Al-4V se trata térmicamente para variar las cantidades y la microestructura de las fases de la aleación. La microestructura variará significativamente según el tratamiento térmico exacto y el método de procesamiento. Tres procesos de tratamiento térmico comunes son el recocido en laminación, 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 para Apple iPhone 15 Pro (Max)
• Aplicaciones marinas: El Ti-6Al-4V Grado 5 se utiliza ampliamente en aplicaciones marinas debido a su excepcional resistencia a la corrosión en entornos de agua de mar. ^[23] El Ti-6Al-4V se aplica en componentes expuestos a atmósferas marinas y condiciones submarinas, como la construcción naval , plataformas de petróleo y gas en alta mar y equipos submarinos. ^{[24] [25]} Su resistencia a la corrosión ayuda a reducir los costos de mantenimiento y a extender la vida útil de los equipos marinos. ^[26]

Presupuesto

• Número de serie: R56400
• Norma AMS: 4928 ^[27]
• Norma ASTM: F1472
• Norma 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. CRC Press. p. 455. ISBN 978-1-4665-0991-7.
2. "Fundación de la ARL". www.arl.army.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 en 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 años; pionero de la industria del titanio - Asociación Internacional del Titanio".
6. Long, M.; Rack, HJ (1998). "Aleaciones de titanio en el 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). "Estudio de simulación de desgaste de cadera con copa acetabular de UHMWPE frente a cabeza Ti–6Al–4V recubierta de nitruro de Ti PIRAC". Journal of Materials Science: Materials in Medicine . 15 (4): 327–330. doi :10.1023/B:JMSM.0000021096.77850.c5. PMID  15332594. S2CID  45437647.
8. Especificación estándar para aleación de titanio-6aluminio-4vanadio forjada para aplicaciones de implantes quirúrgicos (UNS R56400)
9. "Titanio Ti-6Al-4V (Grado 5), recocido". asm.matweb.com . ASM Aerospace Specification Metals, Inc . Consultado el 14 de marzo de 2017 .
10. "Ficha técnica de aleación de titanio Ti 6Al-4V". cartech.com . Carpenter Technology Corporation . Consultado el 14 de marzo de 2017 .
11. "AZoM Conviértase en miembro Buscar... Buscar Menú Propiedades Este artículo tiene datos de propiedades, haga clic para ver Aleaciones de titanio - Ti6Al4V Grado 5". www.azom.com . AZO Materials. 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 tratadas térmicamente y procesadas beta , Springer Netherlands, págs. 5-10, doi :10.1007/978-94-007-2524-9_2, ISBN 9789400725232
13. Donachie, Matthew J. (2000). Titanio: una guía técnica (2.ª ed.). Materials Park, Ohio: ASM International. Págs. 13-15. ISBN 9781615030620.OCLC 713840154  .
14. "Hoja de datos de materiales de ASM". asm.matweb.com . Consultado el 20 de junio de 2020 .
15. Yang, Xiaoping; Liu, C. Richard (1999-01-01). "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 del avión AF066» (PDF) .
17. Pilchak, Adam L.; Hutson, Alisha; Porter, W. John; Buchanan, Dennis; John, Reji (2016). "Sobre la respuesta de crecimiento de grietas por fatiga cíclica y fatiga permanente de Ti-6Al-4V". Actas de la 13.ª Conferencia Mundial sobre Titanio . págs. 993–998. doi :10.1002/9781119296126.ch169. ISBN 9781119296126.
18. Comité ASM (2000). "La metalurgia del titanio". Titanio: una guía técnica . ASM International. págs. 22-23.
19. Hawk, Jeff (25 de mayo de 2005). El Boeing 787 Dreamliner: más que un avión (PDF) . Simposio sobre reducción de emisiones y ruido de aeronaves de la AIAA/AAAF. 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 in Airbus - A Long Story of Innovations and Experiences" (PDF) . Foro Global de Inversores . Airbus. 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 2020-02-15 . Consultado el 2015-12-16 .
22. "Polvo de aleación de titanio Ti64". Tekna .
23. "Desmitificando las aleaciones de titanio: TI 6-4 Grado 5 VS. TI 23". Stanford Advanced Materials . Consultado el 30 de junio de 2024 .
24. Sorkin, G.; Lane, IR; Cavallaro, JL (1982). "Ti-6A1-4V para usos marinos". En Williams, JC (ed.). Titanio y aleaciones de titanio . Springer. 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; Alamiery, A.; Kadhum, AAH (2023). "Avances en recubrimientos de protección contra la corrosión: una revisión exhaustiva". Int. J. Corros. Scale Inhib . 12 (4): 1476–1520. doi : 10.17675/2305-6894-2023-12-4-6 .
27. SAE AMS4928W, Barras, alambres, piezas forjadas, anillos y formas trefiladas 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 láminas, placas y tiras de titanio y aleación de titanio, West Conshohocken, PA: ASTM International, 2020, doi :10.1520/B0265-20A , consultado el 13 de agosto de 2020