Ti-6Al-4V ELI (Grade 23) Aleación de Titanio

Introducción a Ti-6Al-4V ELI

Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial, elementos intersticiales ultrabajos) es una versión mejorada de Ti-6Al-4V (Grade 5) y es una aleación de titanio de fase dual α+β. Su característica principal es que, en comparación con Ti-6Al-4V estándar, el grado ELI tiene una menor cantidad de impurezas como oxígeno, carbono, nitrógeno, hierro, etc., lo que mejora la tenacidad, la resistencia a la fatiga y la resistencia a las grietas del material. Debido a su excelente biocompatibilidad, propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, Ti-6Al-4V ELI se utiliza ampliamente en los campos de la medicina, la aeroespacial y la fabricación industrial avanzada.

El contenido ultrabajo de elementos intersticiales hace que Ti-6Al-4V ELI tenga ventajas sobre el Ti-6Al-4V estándar, siendo especialmente adecuado para aplicaciones que requieren alta tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga.

Composición química de Ti-6Al-4V ELI

La composición química de Ti-6Al-4V ELI cumple con los estándares ASTM F136, ASTM B348, AMS 4907, entre otros, y es la siguiente (unidad: %):

• Ti: resto

• Al: 5.5–6.5

• V: 3.5–4.5

• O ≤ 0.13

• C ≤ 0.08

• N ≤ 0.03

• H ≤ 0.0125

• Fe ≤ 0.25

En comparación con Ti-6Al-4V (Grade 5) estándar, el grado ELI tiene un límite superior de oxígeno más bajo (0.13% frente a 0.20%) y también un control más estricto sobre los elementos intersticiales como nitrógeno y hidrógeno.

Propiedades físicas de Ti-6Al-4V ELI

• Densidad: 4.44 g/cm³

• Punto de fusión: 1604-1660°C

• Módulo de elasticidad: 110 GPa

• Conductividad térmica: 6.6 W/m·K

• Capacidad calorífica específica: 560 J/kg·K

• Resistividad eléctrica: 1.63×10⁻⁶ Ω·m

La combinación de baja densidad y alta resistencia hace de Ti-6Al-4V ELI una opción ideal para aplicaciones aeroespaciales y de implantes médicos.

Propiedades mecánicas de Ti-6Al-4V ELI

Las propiedades mecánicas de Ti-6Al-4V ELI son mejores que las de Ti-6Al-4V (Grade 5) estándar, especialmente en términos de tenacidad a bajas temperaturas y resistencia a la fatiga.

Ti-6Al-4V ELI mantiene una buena tenacidad a bajas temperaturas, lo que lo hace adecuado para aplicaciones en entornos de bajas temperaturas, como el mar profundo y el espacio.

Características principales de Ti-6Al-4V ELI

1. Alta resistencia, baja densidad

• Su resistencia es mayor que la de la mayoría de los aceros, pero su densidad es solo aproximadamente el 57% de la del acero, lo que lo convierte en un material ideal para aplicaciones ligeras y de alta resistencia.

2. Excelente resistencia a la corrosión

• Muestra una excelente resistencia a la corrosión en medios como agua salada, entornos ácidos y fluidos fisiológicos, siendo especialmente adecuado para implantes médicos y aplicaciones en ingeniería marina.

3. Excelente biocompatibilidad

• Debido a su baja toxicidad, resistencia a la corrosión fisiológica y buena compatibilidad tisular, Ti-6Al-4V ELI se utiliza ampliamente en implantes ortopédicos y dentales, como prótesis articulares, placas óseas e implantes dentales.

4. Excepcional tenacidad y resistencia a la fatiga

• Debido a su bajo contenido de elementos intersticiales (O, N, C, H, etc.), Ti-6Al-4V ELI tiene una mejor tenacidad a la fractura y resistencia a la fatiga que el grado 5 en entornos de bajas temperaturas y cargas cíclicas.

5. Buena maquinabilidad

• Es adecuado para procesos como forja, mecanizado y fabricación en 3D (SLM/EBM), lo que le permite cumplir con diferentes requisitos de procesos.

Ámbitos de aplicación de Ti-6Al-4V ELI

1. Implantes médicos

• Ortopedia: Prótesis articulares (cadera, rodilla), fijadores óseos, implantes espinales

• Odontología: Implantes dentales, puentes dentales, aparatos ortodónticos

• Cardiovascular: Stents para válvulas cardíacas, dispositivos médicos implantables

• Instrumentos quirúrgicos: Bisturís, sierras óseas, pinzas, etc.

2. Aeroespacial

• Componentes de estructura de fuselaje, piezas del motor (como rotores, palas de ventilador)

• Conectores de naves espaciales, estructuras de carga

• Componentes de sondas espaciales, satélites

3. Industria avanzada

• Ingeniería marina: Cascarones de sumergibles, componentes de conexión de tuberías submarinas

• Equipos deportivos: Marcos de bicicletas de alta gama, palos de golf

• Fabricación de automóviles: Componentes de automóviles de carreras, como componentes de suspensión, discos de freno, etc.

Consideraciones para la formación y el procesamiento

1. Mecanizado

• Ti-6Al-4V ELI presenta un endurecimiento por mecanizado, por lo que se deben utilizar herramientas afiladas (como herramientas de carburo de tungsteno) al cortar.

• Se recomienda usar bajas velocidades, altas tasas de avance y líquidos de refrigeración para reducir el desgaste de las herramientas.

2. Soldadura

• Se pueden realizar soldaduras TIG, láser y haz de electrones, pero deben llevarse a cabo en un ambiente de vacío o protegido por gas inerte para evitar la oxidación.

3. Tratamiento térmico

• Recocido: Mantener entre 700-850°C durante 1-2 horas para mejorar la tenacidad y la maquinabilidad.

• Solución + envejecimiento: Solubilizar a 940-970°C y enfriar rápidamente, luego envejecer entre 500-600°C para mejorar la resistencia.

4. Fabricación en 3D

• Ti-6Al-4V ELI es adecuado para la fabricación aditiva mediante fusión selectiva por láser (SLM) y fusión por haz de electrones (EBM), ideal para la fabricación de piezas de estructuras complejas.

Comparación de Ti-6Al-4V ELI y Ti-6Al-4V (Grade 5)

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