Que sont les nuances de titane – Titane pur et alliages – Définition

Le titane est un métal de transition brillant avec une couleur argentée, une faible densité et une résistance élevée. Le titane est résistant à la corrosion dans l’eau de mer, l’eau régale et le chlore. Dans les centrales électriques, le titane peut être utilisé dans les condenseurs de surface. Le métal est extrait de ses principaux minerais par les procédés Kroll et Hunter. Le procédé de Kroll impliquait la réduction du tétrachlorure de titane (TiCl4), d’abord avec du sodium et du calcium, puis avec du magnésium, sous une atmosphère de gaz inerte. Le titane pur est plus résistant que les aciers ordinaires à faible teneur en carbone, mais 45 % plus léger. Il est également deux fois plus résistant que les alliages d’aluminium faibles, mais seulement 60 % plus lourd. Les deux propriétés les plus utiles du métal sontrésistance à la corrosion et rapport résistance/densité, le plus élevé de tous les éléments métalliques. La résistance à la corrosion des alliages de titane à des températures normales est exceptionnellement élevée. La résistance à la corrosion du titane repose sur la formation d’une couche d’oxyde stable et protectrice. Bien que le titane « commercialement pur » ait des propriétés mécaniques acceptables et ait été utilisé pour les implants orthopédiques et dentaires, pour la plupart des applications, le titane est allié avec de petites quantités d’aluminium et de vanadium, généralement 6% et 4% respectivement, en poids. Ce mélange a une solubilité solide qui varie considérablement avec la température, ce qui lui permet de subir un renforcement par précipitation.

Les alliages de titane sont des métaux qui contiennent un mélange de titane et d’autres éléments chimiques. Ces alliages ont une résistance à la traction et une ténacité très élevées (même à des températures extrêmes). Ils sont légers, ont une résistance à la corrosion extraordinaire et la capacité de résister à des températures extrêmes.

Types d’Alliages de Titane

Le titane existe sous deux formes cristallographiques. À température ambiante, le titane non allié (commercialement pur) a une structure cristalline hexagonale compacte (hcp) appelée phase alpha (α). Lorsque la température du titane pur atteint 885 °C (appelée température β transus du titane), la structure cristalline se transforme en une structure bcc connue sous le nom de phase bêta (β). Les éléments d’alliage augmentent ou abaissent la température pour la transformation α en β, de sorte que les éléments d’alliage dans le titane sont classés comme stabilisants α ou stabilisants β. Par exemple, le vanadium, le niobium et le molybdène diminuent la température de transformation α en β et favorisent la formation de la phase β.

• Alliages Alpha. Les alliages alpha contiennent des éléments tels que l’aluminium et l’étain et sont préférés pour les applications à haute température en raison de leurs caractéristiques de fluage supérieures. Ces éléments α-stabilisateurs agissent en inhibant le changement de la température de transformation de phase ou en la faisant augmenter. L’absence de transition ductile à fragile, une caractéristique des alliages β, rend les alliages α adaptés aux applications cryogéniques. D’autre part, ils ne peuvent pas être renforcés par un traitement thermique car l’alpha est la phase stable et ils ne sont donc pas aussi résistants que les alliages bêta.
• Alliages bêta. Les alliages bêta contiennent des éléments de transition tels que le vanadium, le niobium et le molybdène, qui ont tendance à diminuer la température de la transition de phase α à β. Les alliages bêta ont une excellente trempabilité et répondent facilement au traitement thermique. Ces matériaux sont hautement forgeables et présentent des ténacités à la rupture élevées. Par exemple, la résistance à la traction ultime de l’alliage de titane à haute résistance – TI-10V-2Fe-3Al est d’environ 1200 MPa.
• Alliage Alpha + Bêta. Les alliages alpha + bêta ont des compositions qui supportent un mélange de phases α et β et peuvent contenir entre 10 et 50 % de phase β à température ambiante. L’alliage α + β le plus courant est le Ti-6Al-4V. La résistance de ces alliages peut être améliorée et contrôlée par un traitement thermique. Les exemples incluent: Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V-ELI, Ti-6Al-6V-2Sn, Ti-6Al-7Nb.

Nuances de Titane

Le titane pur et ses alliages sont généralement définis par leurs nuances définies par la norme internationale ASTM. En général, il existe près de 40 nuances de titane et de ses alliages. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des alliages de titane et des nuances pures les plus fréquemment rencontrés, leurs propriétés, leurs avantages et leurs applications industrielles.

• Grade 1. Le titane grade 1 commercialement pur est l’alliage de titane le plus ductile et le plus doux. C’est une bonne solution pour le formage à froid et les environnements corrosifs. Il possède la plus grande formabilité, une excellente résistance à la corrosion et une résistance élevée aux chocs. En raison de sa formabilité, il est couramment disponible sous forme de plaque et de tube en titane. Ceux-ci inclus:
  • Traitement chimique
  • Fabrication de chlorate
  • Architecture
  • Industrie médicale
  • Industrie maritime
  • Pièces automobiles
  • Structure de la cellule
• Grade 2. Le titane de grade 2 commercialement pur est très similaire au grade 1, mais il a une résistance plus élevée que le grade 1 et d’excellentes propriétés de formage à froid. Il offre d’excellentes propriétés de soudage et une excellente résistance à l’oxydation et à la corrosion. Cette qualité de titane est la qualité la plus courante de l’industrie du titane commercialement pur. C’est le premier choix pour de nombreux domaines d’applications:
  • Aérospatial,
  • Automobile,
  • Traitement chimique et fabrication de chlorate,
  • Dessalement,
  • La production d’énergie.
• Grade 5 – Ti-6Al-4V. Le grade 5 est l’alliage le plus couramment utilisé et il s’agit d’un alliage alpha + bêta. L’alliage de grade 5 représente 50 % de l’utilisation totale de titane dans le monde. Il a une composition chimique de 6% d’aluminium, 4% de vanadium, 0,25% (maximum) de fer, 0,2% (maximum) d’oxygène et le reste de titane. Généralement, le Ti-6Al-4V est utilisé dans des applications jusqu’à 400 degrés Celsius. Il a une densité d’environ 4420 kg/m³. Il est nettement plus résistant que le titane commercialement pur (grades 1 à 4) en raison de sa possibilité d’être traité thermiquement. Cette nuance est une excellente combinaison de résistance, de résistance à la corrosion, de soudure et de fabricabilité. C’est le premier choix pour de nombreux domaines d’applications:
  • Turbines d’avion
  • Composants du moteur
  • Composants structuraux d’aéronefs
  • Attaches aérospatiales
  • Pièces automatiques performantes
  • Applications marines
• Niveau 23 – Ti-6Al-4V-ELI. Ti-6Al-4V-ELI ou TAV-ELI est la version de pureté supérieure de Ti-6Al-4V. ELI signifie Extra Low Interstitiel. La différence essentielle entre Ti6Al4V ELI (Grade 23) et Ti6Al4V (Grade 5) est la réduction de la teneur en oxygène à 0,13 % (maximum) dans le Grade 23. La réduction des éléments interstitiels oxygène et fer améliore la ductilité et la résistance à la rupture avec une certaine réduction de la résistance. C’est le premier choix pour tout type de situation où une combinaison de haute résistance, légèreté, bonne résistance à la corrosion et haute ténacité est requise. Cette qualité de titane, qualité médicale du titane, est utilisée dans des applications biomédicales telles que les composants implantables en raison de sa biocompatibilité, de sa bonne résistance à la fatigue et de son faible module.

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Voir ci-dessus:
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