Foglio di lega di titanio laminato a caldo GR3: proprietà del titanio commercialmente puro di grado 3

Lastra di titanio di grado 3: cos'è realmente GR3

La lastra di titanio di grado 3 (GR3) è atitanio commercialmente puro e non legatoprodotto, non una lega a due-fasi come il Grado 5 (Ti-6Al-4V). ASTM B265 lo controlla insieme ai gradi 1, 2 e 4 e questi quattro gradi formano una semplice scala di resistenza guidata principalmente dall'ossigeno interstiziale. Il Grado 1 è il più morbido e modellabile, il Grado 4 il più resistente e meno duttile e il Grado 3 si trova nel mezzo. Questa posizione intermedia è il motivo per cui la lastra GR3 laminata a caldo viene specificata così spesso nella fabbricazione chimica, medica, marina e di desalinizzazione: fornisce una resistenza allo snervamento sostanzialmente maggiore rispetto al Grado 2 pur mantenendo un allungamento sufficiente per la laminazione, piegatura, flangiatura e imbutitura profonda.

Un errore frequente nei documenti di gara è quello di descrivere il GR3 come una lega di titanio. GR3 non contiene alcuna aggiunta deliberata di alluminio o vanadio e le sue proprietà derivano da ossigeno, azoto e ferro contenuti entro i limiti ASTM B265. Se un disegno richiede una lamiera di trazione da 900 MPa, la risposta corretta è Grado 5 o Grado 23 anziché GR3.

Composizione chimica e proprietà meccaniche

ASTM B265 stabilisce i livelli massimi di ferro e interstiziale per ogni grado commercialmente puro. Gli interstiziali sono effettivamente gli elementi di lega del titanio non legato, quindi l'aumento dell'ossigeno dallo 0,18% allo 0,35% è ciò che converte il comportamento di Grado 1 in comportamento di Grado 3.

Di seguito sono elencati i risultati tipici della temperatura ambiente minima-per lamiere e piastre ricotte. I valori si applicano al prodotto finito dopo la ricottura specificata e sono minimi anziché medie tipiche dello stabilimento, pertanto il fornitore deve riportare i risultati effettivi dei test rispetto ad essi.

Per GR3 le conseguenze pratiche sono un carico di rottura minimo di 450 MPa, un carico di snervamento minimo di 380 MPa e un allungamento minimo del 18%. La densità è 4,51 g/cm3, punto di fusione circa 1668 C, modulo elastico circa 105 GPa e conduttività termica vicino a 21,9 W/(m K). Queste cifre spiegano la logica di selezione del grado: il GR3 offre circa il 38% in più di resistenza allo snervamento rispetto al grado 2, pur mantenendo un'utile duttilità.

Processo di laminazione a caldo e condizioni del prodotto

La laminazione a caldo viene utilizzata quando lo spessore richiesto supera quello che la laminazione a freddo può fornire economicamente, in genere superiore a 4 mm - 5 mm, ed è anche la strada per lamiere larghe. La lastra o il lingotto viene riscaldato nel campo beta o alfa-beta superiore, laminato in più passaggi, quindi ricotto e decalaminato. La riduzione dello spessore per passata è limitata perché il titanio si indurisce rapidamente e la sua bassa conduttività termica mantiene la superficie fresca mentre l'anima rimane calda, quindi il programma di laminazione e le fasi di riscaldamento devono essere controllati per evitare sovrapposizioni superficiali e screpolature dei bordi.

Ricotto e decapato (AP):la condizione di consegna predefinita, con una superficie grigia opaca priva di ossidi-prodotta mediante decapaggio acido dopo la ricottura; adatto per formatura e saldatura.

Laminato a caldo, ricotto, non-decapato:una superficie scura-in scala di fresatura utilizzata dove la parte deve essere successivamente lavorata o sabbiata.

Rettificato o lucidato:lastra a spessore-controllato per guarnizioni, servizi medici e di vuoto in cui i difetti superficiali controllano la durata a fatica.

Ricotto brillante:prodotto in atmosfera protettiva per una superficie pulita senza decapaggio, principalmente su materiali più sottili.

ASTM B265 copre lamiere, nastri e piastre con uno spessore compreso tra circa 0,4 mm e 100 mm, mentre JIS H4600 e GB/T 3620.1 forniscono le corrispondenti strutture giapponesi e cinesi per gli stessi gradi commercialmente puri. In GB/T 3620.1 le designazioni commercialmente pure sono TA1, TA2, TA3 e TA4, che corrispondono rispettivamente ai gradi ASTM da 1 a 4; TA3 è il consueto equivalente cinese di GR3 ed è spesso il grado citato sui prelievi nazionali.

Gamma e dimensioni di fornitura standard

I fornitori di lamiere GR3 laminate a caldo normalmente indicano una busta anziché una singola dimensione e la larghezza ottenibile si riduce all'aumentare dello spessore a causa dei limiti di carico del laminatoio.

Applicazioni della lamiera di titanio GR3 laminata a caldo

Attrezzature chimiche e petrolchimiche:rivestimenti di recipienti a pressione, interni di colonne, piastre tubiere di scambiatori di calore e recipienti di reazione che trattano cloruri, acidi ossidanti e ipoclorito.

Dissalazione e marina:gusci dell'evaporatore, piastra di gestione della salamoia e componenti delle tubazioni dell'acqua di mare dove il Grado 2 avrebbe una resistenza marginale.

Medico e farmaceutico:telai di apparecchiature, staffe e hardware non-implantare che richiedono resistenza alla corrosione e pulizia in autoclave.

Elettronica ed elettrochimica:piastre di elettrodi, cestelli di anodi, maschere di placcatura e componenti-che trasportano corrente dove è accettabile un grado di ossigeno più elevato.

Ingegneria aerospaziale e generale:staffe, supporti di condotti e parti non-critiche della cellula dove non è richiesta rigidità o resistenza di Grado 5.

Il filo conduttore è una resistenza moderata combinata con un'eccellente resistenza alla vaiolatura da cloruri e alla corrosione interstiziale, oltre a una pellicola di ossido passivo che si riforma-immediatamente dopo la graffiatura.

Come specificare e ispezionare il foglio GR3

Una specifica di acquisto praticabile per la lamiera GR3 indica insieme lo standard, il grado, la condizione, le dimensioni e i requisiti di prova, poiché un ordine ambiguo è la causa abituale del materiale rifiutato.

Standard e grado:ASTM B265 Grado 3, JIS H4600 Classe 3 o GB/T 3620.1 TA3, citato esplicitamente.

Condizione:ricotto e decapato, ricotto e decalaminato, macinato o ricotto brillante.

Dimensioni:spessore con classe di tolleranza, larghezza, lunghezza e condizione dei bordi.

Test:test di tensione per lotto, analisi chimica, durezza ove concordato e ispezione ad ultrasuoni per lamiere utilizzate nel servizio a pressione.

Documentazione:certificato di collaudo del laminatoio con numero di colata riconducibile al coil o alla piastra, più rapporto di collaudo dimensionale.

Al ricevimento, verificare il numero di colata rispetto al certificato, misurare lo spessore in diversi punti della larghezza, controllare la planarità e la curvatura e verificare che la superficie sia priva di sovrapposizioni, inclusioni di scaglie e segni profondi di molatura. Il titanio non è magnetico, quindi la verifica del materiale si basa sull'analisi chimica o sulla selezione a correnti parassite-piuttosto che sulla selezione magnetica.

Domande frequenti

D: Il titanio di grado 3 è una lega o un metallo commercialmente puro?
GR3 è titanio commercialmente puro. Non contiene aggiunte deliberate di lega; l'ossigeno e altri elementi interstiziali entro i limiti ASTM B265 forniscono la differenza di resistenza rispetto al Grado 2.

D: Qual è la differenza tra Grado 2 e Grado 3?
Il Grado 3 consente fino allo 0,35% di ossigeno contro lo 0,25% del Grado 2, aumentando la resistenza alla trazione minima da 345 MPa a 450 MPa e la resistenza allo snervamento minima da 275 MPa a 380 MPa, mentre l'allungamento scende dal 20% al 18%.

D: Quali standard riguardano le lastre di titanio GR3 laminate a caldo?
ASTM B265, JIS H4600 e GB/T 3620.1 sono i riferimenti abituali, con TA3 come equivalente cinese commercialmente puro della composizione di Grado 3.

D: Quale gamma di spessori è normalmente disponibile?
La lamiera GR3 laminata a caldo viene generalmente fornita con uno spessore da circa 0,5 mm a 30 mm, con larghezza da 600 mm a 2500 mm e lunghezze di taglio da 1000 mm a 3000 mm.

D: È possibile saldare la lamiera GR3?
SÌ. GR3 è facilmente saldabile con metodi al plasma e all'arco di tungsteno a gas, a condizione che il bagno di fusione e il metallo caldo siano protetti da gas inerte e che il giunto sia pulito e privo di ossidi. Viene generalmente utilizzato un metallo d'apporto di resistenza corrispondente o leggermente inferiore.

D: Quando dovrebbe essere selezionato il grado 5 anziché il grado 3?
Scegli il grado 5 o un'altra lega quando il progetto richiede una resistenza alla trazione ben superiore a 450 MPa, quando è richiesta una resistenza a temperature elevate-o quando il risparmio di peso giustifica il costo più elevato e la minore formabilità di un grado di lega.