Caractéristiques de la tige en titane
Les tiges de titane sont sélectionnées lorsque la résistance spécifique, la résistance à la corrosion et la capacité à des températures modérées à élevées comptent plus que la rigidité brute. Le titane commercial a une densité de 4,51 g/cm³, soit environ 60 % de celle de l'acier, donc une pièce de résistance égale- pèse beaucoup moins qu'une pièce en acier.
Densité et résistance spécifique :4,51 g/cm³, soit environ 60 % d'acier, avec un excellent rapport résistance-/-poids.
Comportement à l'oxydation :un film protecteur de TiO₂ se forme à 400-550 degrés et supprime toute attaque ultérieure.
Sensibilité aux impuretés :l'oxygène, l'azote et l'hydrogène dégradent les propriétés mécaniques même entre 0,005 et 0,01 %, le contrôle de la fusion est donc strict.
Corrosion et fatigue :excellent dans les milieux chlorés et oxydants ; certains alliages conservent une résistance utile jusqu'à environ 600 degrés.
Processabilité :la découpe et l'usinage sont difficiles, le travail à chaud doit éviter la captation de gaz et la résistance à l'usure est limitée.
Familles de qualités de barres de titane
Les quatre familles ci-dessous couvrent la quasi-totalité de la demande en barres et cannes. Les nuances commercialement pures sont choisies pour leur formabilité et leur résistance à la corrosion, tandis que les nuances alliées échangent une certaine ductilité contre de la résistance.
| Famille | Notes typiques | Comportement |
|---|---|---|
| Commercialement pur | TA1 / TA2 / TA3, Gr.1-Gr.4 | Haute formabilité, faible résistance, meilleure résistance à la corrosion |
| Alliage alpha | TA7 (Ti-5Al-2,5Sn) | Bonne soudabilité et résistance au fluage, non durcissable par vieillissement |
| Alliage alpha + bêta | TC4 (Ti-6Al-4V), TC11 | Nuances de travail : résistance combinée à la formabilité |
| Alliage bêta | TB6 (Ti-10V-2Fe-3Al) | Résistance maximale, durcissable par traitement en solution et vieillissement |
Traitement en solution et vieillissement
Le renforcement par traitement en solution plus vieillissement ne fonctionne que sur les alliages alpha + bêta et les alliages bêta métastables. Pour TC4, le cycle standard est un traitement en solution à 920-950 degrés avec une trempe à l'eau, suivi d'un vieillissement à 480-560 degrés pendant 4 à 8 heures. Les alliages alpha tels que le TA7 ne répondent pas à ce traitement et sont fournis à l'état recuit.
| Processus | Température | Temps de maintien | Refroidissement |
|---|---|---|---|
| Traitement en solution | 920-950 degrés | Par taille de section | Trempe à l'eau |
| Vieillissement | 480-560 degrés | 4-8 h | Air |
| Recuit de relaxation-de contrainte | 500-700 degrés | 0.5-2 h | Air |
| Recuit complet | 700-850 degrés | Par alliage | Four |
-Soulagement des contraintes et recuit complet
Recuit de relaxation-de contrainteà 500 -700 degrés pendant 0,5 à 2 heures avec refroidissement par air, élimine les contraintes résiduelles de l'usinage et du redressage, réduisant ainsi le risque de distorsion et le risque de fissuration par corrosion sous contrainte.
Recuit completà 700-850 degrés, toujours maintenu en dessous du transus bêta pour les alliages alpha + bêta, suivi d'un refroidissement au four pour une ténacité, une stabilité dimensionnelle et structurelle maximale et améliore l'usinabilité.
Règle de sélection :utiliser la réduction des contraintes lorsque la pièce n'a besoin de stabilité dimensionnelle qu'après l'usinage ; utiliser le recuit complet lorsque la ductilité, la ténacité et une microstructure stable sont les priorités.
Applications et spécifications de fourniture
Les tiges de titane sont utilisées pour les pièces structurelles et les fixations aérospatiales fabriquées à partir de TC4, les composants chimiques et marins, les implants médicaux de Gr.2 et Gr.5 ELI, les équipements sportifs et les fixations à haute température-. Les barres sont généralement fournies selon ASTM B348 ou GB/T 2965, avec la certification EN 10204 3.1 disponible pour les projets critiques.
Le titane étant sensible aux entailles et sujet au grippage, les pratiques d'usinage sont aussi importantes que le choix de la nuance : des outils tranchants, de faibles vitesses de coupe, un débit de liquide de refroidissement généreux et un maintien rigide de la pièce protègent tous l'intégrité de la surface dont dépend la performance en fatigue.
FAQ
Q : Pourquoi les tiges de titane sont-elles sensibles à l’oxygène, à l’azote et à l’hydrogène ?
Ces éléments interstitiels fragilisent le métal et réduisent la ductilité et la ténacité même à 0,005-0,01 %, c'est pourquoi la fusion sous vide ou sous atmosphère inerte et le travail à chaud propre sont essentiels.
Q : Quelles qualités de titane peuvent être renforcées par un traitement en solution et un vieillissement ?
Seuls les alliages alpha + bêta tels que TC4 et TC11 et les alliages bêta métastables tels que TB6 répondent ; Les alliages commercialement purs et alpha sont renforcés uniquement par écrouissage ou sont utilisés recuits.
Q : Quel est le cycle de vieillissement standard pour les tiges TC4 ?
Traiter en solution à 920-950 degrés et tremper à l'eau, puis vieillir à 480-560 degrés pendant 4 à 8 heures et refroidir à l'air ; la combinaison exacte est définie par l’équilibre de résistance et de ductilité requis.
Q : Quand faut-il utiliser le recuit de soulagement sous contrainte-au lieu du recuit complet ?
Utilisez un soulagement des contraintes à 500-700 degrés pendant 0,5 à 2 heures lorsque seules les contraintes d'usinage résiduelles doivent être éliminées, et un recuit complet à 700-850 degrés avec refroidissement du four lorsqu'une ténacité et une stabilité microstructurale maximales sont nécessaires.
Q : Les tiges de titane peuvent-elles remplacer l’acier inoxydable dans le service de l’eau de mer ?
Dans de nombreuses applications marines, ils surpassent l'acier inoxydable car le film passif stable résiste aux piqûres de chlorure, bien que le coût plus élevé du matériau limite généralement le choix aux pièces critiques ou sensibles au poids.
Q : Quelles normes couvrent les barres et tiges en titane ?
ASTM B348 pour les barres et billettes en titane et en alliages de titane et GB/T 2965 pour les barres chinoises en titane sont les références habituelles, et une inspection par un tiers- selon EN 10204 3.1 peut être fournie sur demande.
