Lo standard internazionale ASTM sul titanio e sui tubi senza saldatura in lega di titanio fa riferimento alle seguenti leghe, che richiedono il seguente trattamento:
“Le leghe possono essere fornite nelle seguenti condizioni: Gradi 5, 23, 24, 25, 29, 35, o 36 ricotti o invecchiati; Gradi 9, 18, 28, o 38 lavorati a freddo e distesi o ricotti; Gradi 9, 18, 23, 28, o 29 trasformati-beta; e Gradi 19, 20, o 21 trattati in soluzione o trattati in soluzione e invecchiati.”
“Nota Il materiale di grado 1-H è identico al grado numerico corrispondente (cioè, grado 2H = grado 2) tranne che per il maggiore UTS minimo garantito, e può sempre essere certificato come conforme ai requisiti del suo corrispondente grado numerico. I gradi 2H, 7H, 16H e 26H sono destinati principalmente all’uso in recipienti a pressione.”
“I gradi H sono stati aggiunti in risposta alla richiesta di un’associazione di utenti basata sullo studio di oltre 5200 rapporti di prova commerciali dei gradi 2, 7, 16 e 26, dove oltre il 99% ha soddisfatto il minimo UTS di 58 ksi.”
Il grado 1 è la lega di titanio più duttile e più morbida. È una buona soluzione per la formatura a freddo e gli ambienti corrosivi. ASTM/ASME SB-265 fornisce gli standard per fogli e lastre di titanio commercialmente puro. Grado 2 Titanio non legato, ossigeno standard. Grado 2H Titanio non legato (grado 2 con 58 ksi minimo UTS). Grado 3 Titanio non legato, ossigeno medio. I gradi 1-4 sono non legati e considerati commercialmente puri o “CP”. Generalmente il carico di rottura e di snervamento sale con il numero del grado per questi gradi “puri”. La differenza nelle loro proprietà fisiche è dovuta principalmente alla quantità di elementi interstiziali. Sono usati per applicazioni di resistenza alla corrosione dove il costo, la facilità di fabbricazione e la saldatura sono importanti. Il grado 5, noto anche come Ti6Al4V, Ti-6Al-4V o Ti 6-4 da non confondere con Ti-6Al-4V-ELI (grado 23), è la lega più comunemente usata. Ha una composizione chimica del 6% di alluminio, 4% di vanadio, 0,25% (massimo) di ferro, 0,2% (massimo) di ossigeno e il resto di titanio. È significativamente più forte del titanio commercialmente puro (gradi 1-4) pur avendo la stessa rigidità e proprietà termiche (esclusa la conduttività termica, che è circa il 60% più bassa nel grado 5 Ti che nel CP Ti). Tra i suoi molti vantaggi, è trattabile termicamente. Questo grado è un’eccellente combinazione di forza, resistenza alla corrosione, saldabilità e fabbricabilità.
“Questa lega alfa-beta è il cavallo di battaglia dell’industria del titanio. La lega è completamente trattabile a caldo in sezioni fino a 15 mm e viene utilizzata fino a circa 400 °C (750 °F). Poiché è la lega più comunemente usata – oltre il 70% di tutti i gradi di lega fusi sono un sottogrado di Ti6Al4V, i suoi usi abbracciano molti usi aerospaziali della cellula e dei componenti del motore e anche importanti applicazioni non aerospaziali nelle industrie marine, offshore e di produzione di energia in particolare.”
“Applicazioni: Lame, dischi, anelli, telai, elementi di fissaggio, componenti. Recipienti, casse, mozzi, forgiati. Impianti biomedici.”
Generalmente, Ti-6Al-4V è usato in applicazioni fino a 400 gradi Celsius. Ha una densità di circa 4420 kg/m3, un modulo di Young di 120 GPa e una resistenza alla trazione di 1000 MPa. In confronto, l’acciaio inossidabile 316 ricotto ha una densità di 8000 kg/m3, un modulo di 193 GPa e una resistenza alla trazione di 570 MPa. La lega di alluminio 6061 temprata ha una densità di 2700 kg/m3, un modulo di 69 GPa e una resistenza alla trazione di 310 MPa, rispettivamente. Le specifiche standard di Ti-6Al-4V includono:
- AMS: 4911, 4928, 4965, 4967, 6930, 6931, T-9046, T9047
- ASTM: B265, B348, F1472
- MIL: T9046 T9047
- DMS: 1592, 1570
Il grado 6 contiene il 5% di alluminio e il 2,5% di stagno. È anche conosciuto come Ti-5Al-2.5Sn. Questa lega è usata nelle cellule aeree e nei motori a reazione grazie alla sua buona saldabilità, stabilità e resistenza alle alte temperature. Il grado 7 contiene dallo 0,12 allo 0,25% di palladio. Questo grado è simile al grado 2. La piccola quantità di palladio aggiunta gli conferisce una maggiore resistenza alla corrosione interstiziale a basse temperature e a pH elevati. Il grado 7H è identico al grado 7 con una maggiore resistenza alla corrosione. Il grado 9 contiene il 3,0% di alluminio e il 2,5% di vanadio. Questo grado è un compromesso tra la facilità di saldatura e produzione dei gradi “puri” e l’alta resistenza del grado 5. È comunemente usato nella tubazione dei velivoli per l’idraulica e nell’attrezzatura atletica. Il grado 11 contiene dallo 0,12 allo 0,25% di palladio. Questo grado ha una maggiore resistenza alla corrosione. Il grado 12 contiene lo 0,3% di molibdeno e lo 0,8% di nichel. I gradi 13, 14 e 15 contengono tutti lo 0,5% di nichel e lo 0,05% di rutenio. Il grado 16 contiene dallo 0,04 allo 0,08% di palladio. Questo grado ha una maggiore resistenza alla corrosione. Il grado 16H contiene dallo 0,04 allo 0,08% di palladio. Il grado 17 contiene dallo 0,04 allo 0,08% di palladio. Questo grado ha una maggiore resistenza alla corrosione. Il grado 18 contiene il 3% di alluminio, il 2,5% di vanadio e dallo 0,04 allo 0,08% di palladio. Questo grado è identico al grado 9 in termini di caratteristiche meccaniche. Il palladio aggiunto gli conferisce una maggiore resistenza alla corrosione. Il grado 19 contiene il 3% di alluminio, l’8% di vanadio, il 6% di cromo, il 4% di zirconio e il 4% di molibdeno. Il grado 20 contiene il 3% di alluminio, l’8% di vanadio, il 6% di cromo, il 4% di zirconio, il 4% di molibdeno e dallo 0,04% allo 0,08% di palladio. Il grado 21 contiene il 15% di molibdeno, il 3% di alluminio, il 2,7% di niobio e lo 0,25% di silicio. Il grado 23, noto anche come Ti-6Al-4V-ELI o TAV-ELI, contiene il 6% di alluminio, il 4% di vanadio e lo 0,13% (massimo) di ossigeno. ELI sta per Extra Low Interstitial. Gli elementi interstiziali ridotti di ossigeno e ferro migliorano la duttilità e la resistenza alla frattura con una certa riduzione della forza. TAV-ELI è la lega di titanio di grado implantare più comunemente usata. Le specifiche standard di Ti-6Al-4V-ELI includono:
- AMS: 4907, 4930, 6932, T9046, T9047
- ASTM: B265, B348, F136
- MIL: T9046 T9047
Il grado 24 contiene il 6% di alluminio, il 4% di vanadio e dallo 0,04% allo 0,08% di palladio. Il grado 25 contiene il 6% di alluminio, il 4% di vanadio e dallo 0,3% allo 0,8% di nichel e dallo 0,04% allo 0,08% di palladio. I gradi 26, 26H e 27 contengono tutti dallo 0,08 allo 0,14% di rutenio. Il grado 28 contiene il 3% di alluminio, il 2,5% di vanadio e dallo 0,08 allo 0,14% di rutenio. Il grado 29 contiene il 6% di alluminio, il 4% di vanadio e dallo 0,08 allo 0,14% di rutenio. I gradi 30 e 31 contengono lo 0,3% di cobalto e lo 0,05% di palladio. Il grado 32 contiene 5% di alluminio, 1% di stagno, 1% di zirconio, 1% di vanadio e 0,8% di molibdeno. I gradi 33 e 34 contengono lo 0,4% di nichel, lo 0,015% di palladio, lo 0,025% di rutenio e lo 0,15% di cromo. Il grado 35 contiene il 4,5% di alluminio, il 2% di molibdeno, l’1,6% di vanadio, lo 0,5% di ferro e lo 0,3% di silicio. Il grado 36 contiene il 45% di niobio. Il grado 37 contiene l’1,5% di alluminio. Il grado 38 contiene il 4% di alluminio, il 2,5% di vanadio e l’1,5% di ferro. Questo grado è stato sviluppato negli anni ’90 per l’uso come rivestimento di armature. Il ferro riduce la quantità di vanadio necessaria come stabilizzatore beta. Le sue proprietà meccaniche sono molto simili al grado 5, ma ha una buona lavorabilità a freddo simile al grado 9.