Titânio Grau 5 (Ti-6Al-4V) – UNS R56400
Liga de titânio alfa-beta de alta resistência
Liga alfa-beta com 6% Al e 4% V, a liga de titânio mais usada no mundo. Alia resistência à tração ≥ 895 MPa com densidade de 4,43 g/cm³ e boa resistência à corrosão e à fadiga. Pode ser usada recozida ou solubilizada e envelhecida (STA); a versão ELI (Gr 23) é a referência para implantes.
Designações e equivalências
| Sistema | Designação |
|---|---|
| UNS | R56400 (ELI: R56401) |
| W.Nr./EN | 3.7164 / 3.7165 (TiAl6V4) |
| DIN | TiAl6V4 |
| JIS | JIS H 4650 Classe 60 (Ti-6Al-4V) |
| Comercial | Ti 6-4, Ti64, Ti-6Al-4V |
| Outras | GB TC4; BS 2TA10-13 / TA28; AMS 4928 / 4911 |
Normas por forma de produto
| Forma | Norma |
|---|---|
| Barra | ASTM B348 Gr 5 / AMS 4928 |
| Chapa | ASTM B265 Gr 5 / AMS 4911 |
| Forjado | ASTM B381 F-5 / AMS 4928 |
| Tubo | ASTM B861 Gr 5 |
| Fio | ASTM B863 Gr 5 |
| Implante | ASTM F1472 (Gr 5) / F136 (ELI) |
Composição química (%)
ASTM B348 Gr 5 (% em massa)
| Elemento | Faixa (%) |
|---|---|
| Al | 5,50 – 6,75 |
| V | 3,5 – 4,5 |
| Fe | ≤ 0,40 |
| O | ≤ 0,20 |
| C | ≤ 0,08 |
| N | ≤ 0,05 |
| H | ≤ 0,015 |
| Y | ≤ 0,005 |
| Residuais (cada / total) | ≤ 0,10 / ≤ 0,40 |
| Ti | balanço |
Propriedades mecânicas
recozido (ASTM B348, temperatura ambiente)
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Limite de escoamento (0,2%) | ≥ 828 MPa |
| Resistência à tração | ≥ 895 MPa |
| Alongamento (4D) | ≥ 10% |
| Redução de área | ≥ 25% |
| Dureza | ≈ 334 HB / 36 HRC (típico) |
| Condição STA | tração ≈ 1.000 – 1.170 MPa (típico, seções finas) |
Propriedades físicas típicas
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade | 4,43 g/cm³ |
| Faixa de fusão | 1.604 – 1.660 °C |
| Módulo de elasticidade | ≈ 114 GPa |
| Condutividade térmica (20 °C) | ≈ 6,7 W/m·K |
| Expansão térmica (20–100 °C) | ≈ 8,6 µm/m·K |
| Transus beta | ≈ 980 – 995 °C |
Tratamento térmico, soldagem e usinagem
| Item | Prática usual |
|---|---|
| Temperatura de serviço | Uso estrutural usual até ~400 °C; resistência à fluência útil até ~300 – 350 °C. Versão ELI preferida para serviço criogênico. |
| Tratamento térmico | Recozimento de usina 705 – 790 °C, 1 – 4 h, ar. Alívio de tensões 480 – 650 °C, 1 – 4 h. STA: solubilização 900 – 955 °C (abaixo do transus beta), têmpera em água, envelhecimento 480 – 595 °C por 4 – 8 h, ar. |
| Soldagem | Soldável por TIG, plasma, laser e feixe de elétrons com AWS A5.16 ERTi-5 ou ERTi-23 (ELI, melhor tenacidade do cordão). Mesma proteção gasosa rigorosa do Ti CP; alívio de tensões pós-solda (≈ 540 – 650 °C) recomendado em peças críticas. Ductilidade do cordão é inferior à do metal base. |
| Usinagem | Difícil: baixa condutividade concentra calor na aresta; usar metal duro afiado, baixa velocidade de corte, avanço constante e refrigerante em alta pressão. |
Aplicações típicas
- Estruturas, fixadores e trens de pouso aeronáuticos
- Discos e pás de compressor (estágios frios)
- Implantes ortopédicos e dentais (ELI, ASTM F136)
- Risers, stress joints e componentes de perfuração offshore
- Bielas, válvulas e fixadores de competição
- Eixos e componentes de bombas e válvulas em meios corrosivos
- Manufatura aditiva (pó Ti64)
Alternativas: Gr 23 (ELI) para implantes, fadiga e criogenia; Gr 9 (Ti-3Al-2,5V) quando é preciso conformar a frio e soldar tubos; Gr 2 quando a corrosão domina e a resistência mecânica é secundária; Gr 29 (Ti-6Al-4V-Ru) para corrosão severa em óleo e gás.
Titânio Grau 5 (Ti-6Al-4V): guia completo
O que é o titânio Grau 5
O Grau 5 pertence à família do titânio e suas ligas, no grupo das ligas alfa-beta. O alumínio estabiliza a fase alfa, hexagonal, e endurece a liga por solução sólida; o vanádio estabiliza a fase beta, cúbica, e torna a liga tratável termicamente e forjável. O resultado é cerca de 90% de titânio com resistência quase o triplo da do Grau 2, com a mesma leveza e resistência à corrosão.
Tratamento térmico e conformação
O recozimento é feito a 705 – 790 °C e o alívio de tensões a 480 – 650 °C; a solubilização a 900 – 955 °C seguida de têmpera em água e envelhecimento a 480 – 595 °C dá a condição STA de alta resistência. A usinagem exige baixa velocidade, avanço contínuo, ferramenta rígida e refrigeração abundante.
Corrosão, biocompatibilidade e limites de uso
A resistência à corrosão é semelhante à do titânio CP em água do mar, cloretos, meios oxidantes e ácidos orgânicos, um pouco menor em ácidos redutores e em frestas quentes. A liga não resiste a ácido fluorídrico, ácidos redutores quentes, cloro seco e metanol anidro. Sob carga contínua o uso vai até cerca de 350 a 400 °C.
Aplicações
Estruturas e componentes de motores aeronáuticos, fixadores e eixos de alta resistência, componentes de risers e de equipamentos offshore, válvulas e bombas de água do mar com alta solicitação, equipamentos esportivos de alto desempenho, componentes automotivos de competição, e implantes e instrumental cirúrgico na versão ELI.
Formas de fornecimento e serviços da Dustre
Barras redondas cortadas em serra fita na medida, com usinagem de desbaste ou acabamento e ensaios de dureza e tração. Todo o material é fornecido com certificado de inspeção 3.1 e rastreabilidade de corrida.
Perguntas frequentes
Qual a composição química do Titânio Grau 5 (Ti-6Al-4V)?
Pela ASTM B348 Gr 5 (% em massa): Al 5,50 – 6,75; V 3,5 – 4,5; Fe ≤ 0,40; O ≤ 0,20; C ≤ 0,08; N ≤ 0,05.
Quais normas cobrem o Titânio Grau 5 (Ti-6Al-4V)?
Barra: ASTM B348 Gr 5 / AMS 4928. Chapa: ASTM B265 Gr 5 / AMS 4911. Forjado: ASTM B381 F-5 / AMS 4928. Tubo: ASTM B861 Gr 5. Fio: ASTM B863 Gr 5. Implante: ASTM F1472 (Gr 5) / F136 (ELI).
Até que temperatura o Titânio Grau 5 (Ti-6Al-4V) pode ser usado?
Uso estrutural usual até ~400 °C; resistência à fluência útil até ~300 – 350 °C. Versão ELI preferida para serviço criogênico.
Quais materiais substituem o Titânio Grau 5 (Ti-6Al-4V)?
Gr 23 (ELI) para implantes, fadiga e criogenia; Gr 9 (Ti-3Al-2,5V) quando é preciso conformar a frio e soldar tubos; Gr 2 quando a corrosão domina e a resistência mecânica é secundária; Gr 29 (Ti-6Al-4V-Ru) para corrosão severa em óleo e gás.