Titane

Le titane, qui ressemble à de l'acier et a un éclat gris argenté, est un métal de transition et a été considéré comme un métal rare depuis un certain temps. Le titane n'est pas un métal rare, le titane dans la croûte terrestre représente environ 0,42% du poids total, c'est du cuivre, du nickel, du plomb et du zinc combinés 16 fois. Classé septième dans le monde des métaux, il existe plus de 70 minéraux contenant du titane. Le titane a une résistance élevée, une faible densité, une dureté élevée, un point de fusion élevé et une forte résistance à la corrosion. Le titane de haute pureté a une bonne plasticité, mais devient cassant et dur en présence d'impuretés.

Les alliages de titane peuvent être divisés selon différentes méthodes de classification, principalement en fonction de la structure organisationnelle, de la température d'utilisation, de l'utilisation et des caractéristiques et d'autres manières de les classer.

Français Selon la classification de la structure : l'alliage de titane peut être divisé en alliage de titane, + alliage de titane et alliage de titane. -L'alliage de titane est un alliage de solution solide monophasé avec une microstructure stable, une forte résistance à l'usure et à l'oxydation, mais pas une résistance élevée à température ambiante. -L'alliage de titane est un alliage de solution solide monophasé, qui a une résistance élevée sans traitement thermique et peut être encore renforcé après traitement thermique, mais la stabilité thermique est médiocre. + L'alliage de titane est un alliage biphasé avec de bonnes propriétés globales, telles que la ténacité, la plasticité et les propriétés de déformation à haute température, et peut être renforcé par traitement thermique.

Selon l'utilisation de la classification de température : l'alliage de titane peut être divisé en alliage de titane pour structure d'avion et alliage de titane pour structure de moteur, etc., en fonction de l'utilisation spécifique des exigences de température et de performance à choisir.

Classification par utilisation et caractéristiques : Les alliages de titane peuvent être subdivisés en alliages de titane à faible résistance, alliages de titane à résistance moyenne, alliages de titane à haute résistance, alliages de titane à ultra haute résistance, alliages de titane à tolérance aux dommages, alliages de titane à faible coût et hautes performances, etc., pour répondre aux besoins de différents domaines et applications.

Classification par processus de production : Les alliages de titane peuvent être divisés en alliages de titane coulés, alliages de titane déformés et alliages de titane en poudre, qui sont classés en fonction de la technologie de production et de traitement spécifique.

Selon la classification de la structure de recuit : l'alliage de titane peut être divisé en alliage de titane, alliage de titane + et alliage de titane ε trois catégories, selon la structure de recuit de la division.

En raison de ses excellentes propriétés globales, telles qu'une résistance élevée, une bonne résistance à la corrosion et à la chaleur, l'alliage de titane est largement utilisé dans l'aviation, l'aérospatiale, l'industrie chimique, le développement maritime et d'autres domaines. Différents types d'alliages de titane ont leurs propres caractéristiques et avantages pour répondre aux besoins de différents scénarios d'application.

Réponse mécanique du titane à la contrainte ou à la charge appliquée. La température de chargement, le taux de déformation et le milieu environnemental ont tous une incidence sur les propriétés mécaniques. Les principales propriétés mécaniques (dé) sont : la limite d'élasticité et la résistance à la rupture, l'allongement, le retrait de surface et le travail d'impact, la résistance à la fatigue et la limite de fatigue, la ténacité à la rupture et le taux de croissance des fissures de fatigue et la résistance au fluage.

Limite d'élasticité (σ0.2) et résistance à la rupture (σF) La résistance du titane pur industriel et de l'alliage de titane (de) est liée à la teneur en éléments de position interstice (de) [O], [N], [C] et autres éléments (de) dans le matériau, et ces éléments sont généralement intégrés ensemble et spécifiés comme oxygène équivalent [O]eq, qui est calculé comme suit : [O]eq=[O]+2[N]+0.75[C](pourcentage atomique). Avec l'augmentation de [O]eq(de), la limite d'élasticité du matériau en titane (de) augmente considérablement. La limite d'élasticité est étroitement liée à la microstructure, par exemple, + alliage de titane (Ti-6Al-4V) structure isométrique fine (de) (de) la limite d'élasticité et la résistance à la rupture les plus élevées, peuvent atteindre respectivement 1120 MPa et 1505 MPa.

Français Le mélange de phase isométrique primaire et de phase aciculaire fine (ou feuille) (de) est appelé structure dimorphe, et sa résistance à la rupture (1455 MPa) est supérieure à celle de la phase isométrique grossière (de) (0MPa). La structure aciculaire complète (de)σ0.2 est la plus faible. La résistance à la rupture des alliages de titane métastables, tels que Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al, est affectée par la déformation par laminage à froid, le traitement de mise en solution et la vitesse de refroidissement (de).

Français L'augmentation de l'allongement, du retrait et de l'énergie d'impact [O]eq diminue l'allongement du titane à température ambiante (de). [N](de) a l'effet le plus important, suivi de [O] puis de [C]. Un recuit de longue durée (500 h) peut faire apparaître le retrait de surface et le travail d'impact du titane pur industriel (de) à la valeur la plus basse proche de 500 degrés. L'allongement à haute température est d'environ 500 degrés, et la valeur minimale apparaît également. Lorsque le taux de traction ε est de 2,7 × 10-5/s, les performances du titane pur industriel sont particulièrement évidentes. L'allongement du titane à cristaux fins (6 μm) à haute température n'a pas diminué.

Français L'allongement ou la fracture de la structure isaaxiale fine (de) de l'alliage de titane + est trempé par l'eau après une solution à 4 V à 1088 K. La phase peut être induite dans la martensite pendant la déformation, montrant que l'énergie d'impact Charpy et la ténacité à la fracture dynamique sont considérablement améliorées à 223 K(de). Dans le même temps, l'allongement et la contrainte de fracture sont également augmentés. La limite d'élasticité, la résistance à la fracture et l'allongement des alliages Ti-5Al-2.5Fe et Ti-6Al-4V (de) peuvent être augmentés respectivement de 8 % à 15 %, 5 % à 13 % et 7 % à 14 % en utilisant le nouveau procédé de traitement à l'hydrogène.

Résistance à la fatigue et limite de fatigue Le titane pur industriel a une limite de fatigue (de) définie, qui augmente avec l'augmentation de l'oxygène équivalent et diminue avec le grossissement des grains. La résistance à la fatigue (σN) de Ti-6Al-4V(de) (c'est-à-dire la durée de vie de 107 semaines (de) plage de contraintes) dépend à la fois de la structure de l'alliage (de) et du milieu ambiant (de) pendant l'essai. La structure équiaxe grossière (de) a le σN le plus bas, inférieur à 500 MPa, et dans l'air et une solution à 3,5 % de NaCl, la structure bidimensionnelle (de) a un σN plus élevé, jusqu'à 650 ~ 700 MPa. Dans les alliages de titane, les propriétés de fatigue des échantillons lisses (de) à microstructure équiaxe + sont meilleures que celles de la microstructure transformée (de), et la durée de vie d'amorçage des fissures de fatigue (de) des premiers est plus longue. Cependant, la résistance à la propagation des fissures de fatigue de la structure transformée (de) est plus grande.

Français La ténacité à la rupture par déformation plane de l'alliage de titane (de) est étroitement liée à sa microstructure. Quel que soit le niveau de résistance, la ténacité à la rupture KIC formée par traitement est supérieure à celle de la structure isémique (de) de même résistance, mais l'allongement (de) conventionnel est endommagé. Bien que la composition de l'alliage de titane + soit déterminée, en raison de l'expérience différente de traitement thermique (de), elle peut apparaître très différente en microstructure (de). Même si la limite d'élasticité est presque la même, la ténacité à la rupture de différents matériaux orientés (de) est très différente. Le KIC de la structure grossière (de) était 22 % plus élevé que celui de la structure fine (de) dans l'orientation TL (de) de la plaque épaisse Ti-6Al-4V. Afin d'obtenir un équilibre approprié entre la ténacité à la rupture et l'allongement conventionnel, un traitement thermique pour obtenir une structure à deux états (de) peut être effectué. L'effet de la microstructure de l'alliage Ti-6Al-4V (de) sur le module de déchirure (TR) à croissance lente des fissures (de) (de) est plus important que celui de la ténacité à la rupture (JIC)(de). S'il y a une phase métastable dans l'alliage, la "martensite induite pendant la déformation est utile pour améliorer la ténacité à la rupture à basse température (de). La ténacité à la rupture de l'alliage de titane de type (de) est affectée par la précipitation de 2(Ti3Al) (de), la résistance augmente et le KIC diminue.

La ténacité à la rupture de l'alliage de titane est principalement déterminée par la phase (de) précipitation (de) de la phase. L'alliage Ti-15-3 est vieilli à haute température puis à basse température, il existe à la fois une phase grossière et une phase fine (de) dans la microstructure, et la résistance et la ténacité à la rupture sont équilibrées de manière satisfaisante. Alliage de titane coulé Ti-15-3 (de)KIC et alliage de titane Ti-6Al-4V équivalent. L'amélioration de la ténacité à la rupture (de) de l'alliage de titane est un facteur métallurgique, et c'est également un facteur de réduction du taux de croissance des fissures de fatigue (da/dN)(de).

La résistance au fluage de l'alliage de titane est proche de 400 à 500 degrés pour les alliages de titane à haute température (de), et sa résistance au fluage la plus élevée est obtenue par refroidissement à température ambiante après traitement thermique dans la zone de phase (de). L'utilisation d'alliages de titane (de) à des températures plus élevées endommage leurs propriétés mécaniques en raison de l'apparition d'instabilité métallurgique, de précipitations ordonnées de Ti3X, de précipitations de silicates et de formation de couches superficielles riches en oxygène.

Quelle est l'utilité du métal titane ?
Étant donné que l'alliage de titane est également très compatible avec le corps humain, il peut également être utilisé comme os artificiel. Le zirconium est un matériau chimique utilisé dans l'industrie de l'énergie atomique et comme matériau résistant à la corrosion à haute température et pression, mais son activité en solution est la deuxième après le sodium.

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