1. Clasificación por composición química

En función del contenido y tipo de elementos de aleación en titanio, se divide en dos categorías principales: titanio puro y aleaciones de titanio. Esta es la base principal para la selección de grado en la producción.

• Titanio puro (titanio puro comercial)

Contiene solo trazas de impurezas (por ejemplo, Fe, C, N, O, H) sin elementos de aleación añadidos intencionalmente. Ofrece buena plasticidad, excelente resistencia a la corrosión y resistencia moderada. Adecuado para componentes que requieren una alta resistencia a la corrosión pero no una alta resistencia (por ejemplo, material base para prótesis articulares en implantes médicos, tuberías químicas).   

Gradado en función del contenido de oxígeno (que afecta la resistencia y la plasticidad). La correspondencia entre las normas internacionales (ISO) y chinas (GB/T) es la siguiente:

Norma Internacional (ISO 5832-2)	Norma China (GB/T 2965)	Contenido de oxígeno (%) O	Características principales	Aplicaciones típicas
Grado 1	TA1	0.18	Buena plasticidad, baja resistencia	Piezas de pared delgada que requieren alta resistencia a la corrosión, suturas médicas
Grado 2	TA2	0.25	Buen equilibrio entre resistencia y plasticidad	Titanio médico común (implantes de huesos artificiales, implantes dentales), contenedores químicos
Grado 3	TA3	0.35	Alta resistencia, plasticidad ligeramente inferior	Piezas estructurales de resistencia media-alta y anticorrosión (ej: piezas de intercambiadores de calor)
Grado 4	TA4	0.40	Alta resistencia, baja plasticidad	Piezas de alta resistencia y anticorrosión (ej: vástagos de válvulas)

• Aleaciones de titanio (clasificadas por elementos de aleación principales)

La resistencia, resistencia al calor, resistencia a la corrosión o biocompatibilidad se mejoran añadiendo elementos tales como Al, V, Mo, Zr, Nb. Estos son materiales comúnmente utilizados en campos de alta gama (aviación, medicina). Clasificado en 4 sistemas principales por tipo de elemento de aleación:

(1) aleaciones de titanio de tipo α (estable a baja temperatura, excelente resistencia a la corrosión)

Elementos de aleación: Principalmente estabilizadores α (por ejemplo, Al, Sn, Zr), sin estabilizadores β o mínimos.   

Características: estructura monofásica α a temperatura ambiente, buena soldabilidad, resistencia a la corrosión cercana al titanio puro, resistencia más alta que el titanio puro, pero resistencia a alta temperatura más baja (≤500 ° C).   

Grados típicos:

Grado 5 (Ti-6Al-4V ELI): Grado común de aleación de titanio médico (ELI significa “Intersticial Extra Bajo”, con menor contenido de C / O / N, ofreciendo una mejor biocompatibilidad), utilizado para articulaciones artificiales, fijadores internos de la columna vertebral.   

Grado 9 (Ti-3Al-2.5V): Alta resistencia, alta plasticidad, utilizado para tubos de aviación, dispositivos de intervención médica (por ejemplo, stents).   

Grado 23 (Ti-6Al-4V ELI): Reduce aún más los elementos intersticiales en comparación con el Grado 5, adecuado para implantes humanos a largo plazo.

(2) aleaciones de titanio de tipo β (estable a alta temperatura, alta resistencia)

Elementos de aleación: Principalmente β-estabilizadores (por ejemplo, Mo, Nb, Ta, V) en alto contenido (≥10%).   

Características: Puede obtener estructura monofásica β o bifásica α + β a temperatura ambiente mediante tratamiento de enfriamiento / envejecimiento. Ofrece alta resistencia (resistencia a la tracción ≥1100 MPa), buena trabajabilidad en frío y buena biocompatibilidad (no contiene elementos tóxicos).   

Grados típicos (relacionados médicamente):

Ti-13Nb-13Zr: No contiene V o Al, evitando la liberación de iones metálicos tóxicos, utilizado para implantes dentales, articulaciones artificiales.   

Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (aleación TNZT): Módulo elástico cercano al hueso humano (aproximadamente 60 GPa, inferior a 110 GPa de Ti-6Al-4V), reduciendo el efecto de “protección contra estrés”, una dirección de desarrollo para aleaciones de titanio médicas.   

Ti-15Mo: Fuerte resistencia a la corrosión, utilizado para piezas resistentes a la corrosión química, instrumentos ortopédicos médicos.

 (3) aleaciones de titanio de tipo α + β (buen rendimiento general)

Elementos de aleación: Contiene tanto estabilizadores α (Al) como estabilizadores β (V, Mo). α+β estructura bifásica a temperatura ambiente.   

Características: La proporción de microestructura se puede ajustar a través del tratamiento térmico (recocido, solución y envejecimiento), resistencia de equilibrio (superior a aleaciones α), plasticidad (mejor que aleaciones β) y rendimiento a alta temperatura (≤600 ° C). Ampliamente utilizado en los campos aeroespacial y médico.   

Grados típicos:

TC4 (Grado 5, Ti-6Al-4V): versión no ELI, utilizada para estructuras aeroespaciales (fuselaje, alas), secciones de temperatura baja y media de ventiladores/compresores de motores, implantes biológicos, componentes navales.   

Grado 22 (Ti-6Al-4V ELI): mayor pureza que el Grado 5 ELI, utilizado para implantes médicos de alta demanda.   

Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo: resistencia a altas temperaturas más alta que Ti-6Al-4V, utilizado para palas de motores aeronáuticos (≤550 °C).

(4) Cerca de aleaciones de titanio de tipo α (excelente resistencia a altas temperaturas)

Elementos de aleación: predominantemente α-estabilizadores con una pequeña cantidad de β-estabilizadores (≤2%).   

Características: Estructura principalmente en fase α con una pequeña cantidad de fase β. Ofrece alta resistencia a altas temperaturas (≤650 ° C) y buena resistencia a la oxidación, adecuada para entornos de alta temperatura.   

Grados típicos:

Ti-8Al-1Mo-1V: Se utiliza para cámaras de combustión de motores aeronáuticos, sujetadores de alta temperatura.   

Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo: Alta resistencia a altas temperaturas, usada para componentes de vehículos aeroespaciales.

2. Clasificación por condición de procesamiento

Para el mismo grado de titanio, las propiedades mecánicas (resistencia, plasticidad) varían significativamente debido a los diferentes procesos de laminado, forja y tratamiento térmico. Esto debe ser claramente especificado en la producción. Las condiciones comunes de procesamiento son las siguientes:

Norma Internacional (ISO 5832-2)	Norma China (GB/T 2965)	Contenido de oxígeno (%) O	Características principales	Aplicaciones típicas
Grado 1	TA1	0.18	Buena plasticidad y baja resistencia	Piezas de pared delgada con alta resistencia a la corrosión y materiales de sutura médica
Grado 2	TA2	0.25	Buén equilibrio entre resistencia y plasticidad	Titanio médico común (por ejemplo, huesos artificiales, implantes dentales) y recipientes químicos
Grado 3	TA3	0.35	Alta resistencia y plasticidad ligeramente reducida	Piezas estructurales de resistencia media-alta y resistentes a la corrosión (por ejemplo, piezas de intercambiadores de calor)
Grado 4	TA4	0.40	Alta resistencia y baja plasticidad	Piezas de alta resistencia y resistentes a la corrosión (por ejemplo, ejes de válvulas)

3. Clasificación por campo de aplicación

Los diferentes campos tienen diferentes requisitos de rendimiento para los materiales de titanio. Lo siguiente muestra la coincidencia de grado para los campos de aplicación básicos:

Zona de Aplicación	Requisitos Fundamentales	Grados Recomendados	Productos Específicos
Implantes Médicos	Biocompatibilidad, bajo módulo elástico, resistencia a la corrosión	Grado 2 (Ti Puro), TC4 (Grado 5), TC4 ELI (Grado 5), Ti-13Nb-13Zr, TNZT	Articulaciones artificiales, implantes dentales, varillas y tornillos de columna vertebral
Aeroespacio	Alta resistencia, rendimiento a alta temperatura, ligereza	TC4 (Grado 5), Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al	Fuselajes de aviones, marcos de aeronaves, aspas de motores
Química y Resistencia a la Corrosión	Resistencia a ácidos/alcalis y agua de mar	Grado 1/2 (Ti Puro), Ti-15Mo, Ti-32Mo	Reactores químicos, equipos de desalinización de agua de mar, tuberías de petróleo
Dispositivos Médicos	Alta resistencia, fácil procesamiento, resistencia a la corrosión	Grado 9, TC4 (Grado 5), Grado 23, Ti-6Al-4V ELI	Instrumentos (hemostatos), tiras médicas, cabezales de sondas de ultrasonido
Equipo Deportivo	Ligereza, alta resistencia, estética	TC4 (Grado 5), Ti-6Al-4V	Cabezales de palos de golf, marcos de bicicletas, bastones de senderismo

4. Tabla de Comparación de Grados

La producción a menudo requiere alinear pedidos internacionales (ej: normativas ASTM, ISO) con normativas nacionales de adquisición. La siguiente tabla muestra la correspondencia de los grados principales:

Normativa China (GB/T 2965/3620)	Normativa Estadounidense (ASTM B265)	Normativa Internacional (ISO 5832-2)	Tipo
TA1	Grado 1	Grado 1	Titanio Puro
TA2	Grado 2	Grado 2	Titanio Puro
TA3	Grado 3	Grado 3	Titanio Puro
TA4	Grado 4	Grado 4	Titanio Puro
TC4	Grado 5	Grado 5	Aleación α+β
TC4 ELI	Grado 23	Grado 23	Aleación α+β (médica)
TC11	Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo	–	Aleación α+β
TB6	Ti-15Mo	–	Aleación β

5. Requisitos Especiales para Grados de Titanio Médico

Para la producción de materiales de titanio médico, se deben tener en cuenta adicionalmente los siguientes dos puntos:

Control de elementos intersticiales: Los grados médicos (por ejemplo, Grado 5 ELI, TNZT) requieren límites más estrictos que los grados industriales: C≤0.08%, O≤0.13%, N≤0.05%, H≤0.015%. Se necesita un estricto control durante el proceso de fusión (horno de refundición por arco de vacío).

Certificación de biocompatibilidad: Debe pasar las pruebas ISO 10993-1 (Evaluación biológica de dispositivos médicos) para garantizar que no haya citotoxicidad o sensibilización. La selección del grado debe cumplir con la norma YY/T 0640 (titanio forjado y aleación de titanio para implantes quirúrgicos).

Fuentes del artículo:

Estándares nacionales chinos: GB/T 3620.1-2016 “Designación y composición química de titanio y aleaciones de titanio”, GB/T 2965-2023 “Barras de titanio y aleaciones de titanio”, GB/T 13810-2017 “Titanio forjado y aleación de titanio para implantes quirúrgicos”.   

Normas Internacionales: ISO 5832-2 “Implantes para cirugía – Titanio y aleaciones de titanio – Parte 2: Titanio forjado”, ASTM B265 “Especificación estándar para tiras, láminas y placas de titanio y aleaciones de titanio”.   

Materiales de la industria: “Análisis de la norma GB/T 2965-2023 ‘Barras de titanio y aleación de titanio'” (Baoji Kehui Titanium Industry Co., Ltd.), “Base de datos de materiales Total Materia – Normas de materiales de titanio”, “Grados de materiales de titanio y métodos de consulta de composición química y análisis del sistema estándar”.   

Noticias de la empresa y la industria: Sichuan News Broadcast “Pangang: La primera bobina de aleación de titanio TC4 laminada con éxito en el suroeste de China”, Guangming Online “Llenar brechas domésticas, gran avance tecnológico logrado en la I+D de nuevos materiales de Chongqing”, Red de metales no ferrosos de China “Nanjing Baotai desarrolla con éxito el impulsor de hoja de doble capa de fundición de aleación de titanio TC4”, Securities Daily “Ti-Gold Technology publica el informe del tercer trimestre, el diseño en aleaciones de titanio de gama alta abre espacio de crecimiento a largo plazo”, El documento “Primero del mundo: el hospital de Changzheng reemplaza las vértebras cervicales enteras del paciente con aleación de titanio impresa en 3D”, Administración Nacional de Productos Médicos “Sistema de prótesis de rodilla biológica aprobado para el mercado”