Titane ou acier inoxydable : choisir le bon matériau

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À première vue, il n'est peut-être pas évident de comprendre pourquoi ces métaux sont si souvent vus ensemble : l'acier inoxydable est fortement allié, tandis que le titane est souvent utilisé sous une forme presque élémentaire, et si vous comparez deux pièces de mêmes dimensions, l'acier inoxydable l'emporterait de près de 50 % sur le titane. Ensuite, il y a la différence de coût : une pièce de tôle identique peut coûter 5 fois plus cher en titane qu'en acier inoxydable.

Ces différences mises à part, le chevauchement des applications entre les deux est assez courant : dans les domaines médical et dentaire, l'acier inoxydable a dominé jusqu'aux années 1980, lorsque le titane a commencé à le remplacer en raison de sa biocompatibilité et de ses caractéristiques de résistance-à-densité plus élevées. Les deux sont utilisés dans l’industrie aéronautique, des moteurs à réaction aux cockpits en passant par les trains d’atterrissage. Lors de la fabrication et de l'usinage, des alliages de l'un ou l'autre matériau peuvent être choisis en fonction de l'application ; tels que le soudage, l'usinage ou la résistance à la température. L'acier inoxydable et le titane sont tous deux résistants aux chocs, durables et hautement résistants à la corrosion. Examinons donc chaque matériau individuellement et utilisons ces informations pour avoir une meilleure idée de celui à utiliser.

Comme l’acier doux, l’acier inoxydable commence par le fer et le carbone. Ses caractéristiques uniques sont en grande partie dues à l'ajout de chrome et de nickel, le manganèse, le silicium, l'azote, le phosphore et le soufre étant ajoutés à différentes qualités.

L’ajout d’un si grand nombre d’éléments d’alliage différents signifie que l’acier inoxydable propose une large gamme de nuances couvrant cinq familles différentes.

Types d'acier inoxydable

Chaque famille d'acier inoxydable est définie par sa structure cristalline unique et les propriétés matérielles qui en résultent.

L’acier inoxydable ferritique contient 12 à 18 % de chrome et, comme son nom l’indique, est magnétique.

Parce qu’elles ont une teneur en nickel inférieure à celle de certains de leurs pairs, les qualités ferritiques sont parmi les moins coûteuses à produire.

Les qualités ferritiques 409 et 430 sont souvent utilisées dans les systèmes d'échappement et les pièces qui nécessitent une résistance à la corrosion mais qui ne sont pas au premier plan.

Les aciers inoxydables martensitiques sont comparativement « à haute teneur en carbone », contenant jusqu'à 1,2 % de cet élément.

L'alliage 410 est un exemple courant qui présente une bonne résistance à la corrosion et peut être traité thermiquement.

En raison de sa teneur plus élevée en carbone, l’acier inoxydable martensitique est utilisé dans les lames, les ciseaux et les outils médicaux.

L'acier inoxydable austénitique est plus communément appelé acier inoxydable de la série 300 et contient 18 % de chrome et 8 % de nickel, ce qui le rend extrêmement résistant à la corrosion.

L’acier inoxydable de la série 300 représente plus de 70 % de la production mondiale totale.

La nuance 304 détient à elle seule 50 % des parts de marché de l'acier inoxydable, car elle est économique, soudable et extrêmement résistante à la corrosion-.

Le 304 est utilisé dans la restauration, les aménagements extérieurs, les zones à forte usure, les tubes, les réservoirs et bien plus encore.

Pour une résistance à la corrosion encore plus élevée, le grade 316 peut être utilisé.

Chez SendCutSend, nous aimons penser que nous y contribuons en proposant à la fois l'acier inoxydable 304 et l'acier inoxydable 316 dans une large gamme d'épaisseurs.

L'acier inoxydable duplex a une microstructure uniforme, composée pour moitié de ferrite et pour moitié d'austénite, ce qui lui confère d'excellentes propriétés mécaniques, telles que la résistance à la rupture et à la traction.

La présence de jusqu'à 28 % de chrome et, dans les qualités « super » duplex, de molybdène, confèrent à l'acier inoxydable Duplex une résistance à la corrosion presque inégalée.

L'acier inoxydable à durcissement par précipitation est l'endroit où vous devez vous tourner si la résistance ultime et la dureté élevée sont essentielles à l'application, mais qu'une solide résistance à la corrosion est toujours nécessaire.

Coût
Bien que comparé à l'acier doux, l'acier inoxydable semble cher, les économies associées à une finition intégrée-résistante à la corrosion-compensent souvent la différence. En raison des économies d'échelle, le coût réel de livraison d'une pièce en acier inoxydable peut souvent être moins élevé que celui de cette même pièce en alliage brut-à moindre coût. Par rapport à la fibre de carbone ou au titane, les économies réalisées grâce à l’acier inoxydable deviennent tout à fait évidentes.

Usinabilité
L'acier inoxydable de type 303 est considéré comme un alliage « d'usinage libre », ce qui signifie qu'il ne colle pas et ne tache pas le bord de l'outil de coupe, mais produit à la place des copeaux qui se dégagent facilement. Même les alliages les plus courants, tels que 304 et 316, peuvent être usinés avec de bons résultats si l'outillage reste affûté et bien lubrifié.

Soudabilité
Tout procédé de soudage à l'arc (TIG, MIG, MMA ou SA) fonctionne bien pour l'acier inoxydable, les tiges d'apport telles que ER308L et ER 309 étant communes à tous les-assemblages en acier inoxydable. L'utilisation d'une tige d'apport E70S2 ou 312 permet d'obtenir une excellente résistance de soudure entre l'acier doux et l'acier inoxydable.

Résistance à la chaleur
Contrairement aux matériaux plus coûteux, tels que la fibre de carbone, le titane, l'acier inoxydable a une température de fonctionnement maximale extrêmement élevée : le 304 peut être utilisé jusqu'à 1 600 degrés F (870 degrés) tandis que les alliages spéciaux tels que le 310 résistent à des températures supérieures à 1 895 degrés F.

Contrairement à de nombreux métaux courants, qui ont été réduits à l'aide de carbone pendant des milliers d'années (pensez à la fusion du fer utilisée pour produire tout l'acier), le titane n'est commercialement viable que depuis les années 1940. Bien qu'il soit désormais relativement disponible dans de nombreuses qualités, le point de fusion élevé et le processus de réduction chimique utilisés pour produire le titane nécessitent beaucoup de temps et de produits chimiques, ce qui entraîne son coût élevé.

Alors que l'acier inoxydable n'acquiert ses propriétés uniques que lorsqu'il est allié, le titane est un élément qui peut être, et est souvent, utilisé sous sa forme « commercialement pure ». Cependant, le titane est également couramment allié, et même dans la désignation commercialement pure, il existe plusieurs qualités, ce qui signifie que, comme tous les autres métaux utiles, ses propriétés peuvent être adaptées à des applications spécifiques.

Qualités de titane

Le titane est généralement classé soit dans une catégorie commercialement pure (CP), soit dans une désignation d'alliage, et en général, les propriétés mécaniques augmentent avec le numéro de catégorie.

CP, 1re et 2e années
Ceux-ci sont produits avec la plus faible quantité d’oxygène et de traces de fer, ce qui les rend doux et ductiles. Cela signifie que le grade 1 est souvent utilisé dans les tuyaux et tubes, ou dans les applications soudées. Le grade 2, que nous fournissons sous forme de feuille de 0,04", a une résistance à la traction et une limite d'élasticité plus élevées tout en restant abordable par rapport aux grades plus hautement transformés.

CP, 3e et 4e années
Ces qualités sont nettement plus résistantes que les qualités 1 et 2, 4 étant la qualité CP la plus résistante, mais de ce fait, elles sacrifient une certaine ductilité. Les grades 3 et 4 sont toujours soudables et extrêmement durables, souvent utilisés dans les équipements chirurgicaux, les échangeurs de chaleur -de grande valeur, le traitement chimique et l'aérospatiale.

Ti 6Al-4V (Niveau 5)
C'est l'alliage de titane le plus courant, représentant environ la moitié de la demande mondiale totale de toutes les qualités de titane. En plus du fer présent dans les qualités CP, la qualité 5 comprend également environ 6 % d'aluminium et environ 4 % de vanadium, ce qui augmente la résistance à la température et triple presque la résistance à la traction ultime à 150 ksi. Parce qu'il est fondamentalement le roi de la colline des métaux selon presque toutes les mesures, nous proposons du Ti 6Al-4V, titane de grade 5, en cinq épaisseurs différentes. Utilisez-le dans les applications aéronautiques, les composants de moteurs et de voitures de course, les applications marines ou partout ailleurs où les performances ultimes et la réduction de poids sont essentielles.

Résistance à la corrosion
Comme d'autres matériaux résistants à la corrosion-qui s'oxydent pour former une barrière lorsqu'ils sont exposés à l'oxygène de l'air, la surface du titane commence immédiatement à s'oxyder, formant de l'oxyde de titane formant une fine couche de passivation qui protège le reste du matériau d'une corrosion ultérieure. Contrairement à certaines autres couches d'oxyde, la couche de dioxyde de titane continue de s'épaissir avec le temps, atteignant jusqu'à 25 nm après plusieurs années, lui conférant une résistance à la corrosion presque égale à celle du platine.

Rapport résistance-/-densité
Le titane est un matériau léger, dans le meilleur sens du terme. Il possède le rapport résistance-/-poids le plus élevé de tous les éléments métalliques. Même dans son état non allié (qui, rappelons-le, représente ⅓ de la résistance ultime du grade 5), il esttoujoursaussi résistant que certains aciers, à 40 % du poids.

Biocompatibilité
Le titane est un mec effrayant : le faire réagir avec quoi que ce soit est presque impossible à des températures normales. Combinez cela avec sa faible densité et vous obtenez la recette du métal hypoallergénique le plus répandu aujourd'hui dans l'industrie médicale pour les articulations, la réparation osseuse et toute autre application sensible de contact corporel.

Le titane et l'acier inoxydable sont confrontés aux mêmes défis pour le machiniste : les alliages courants contiennent facilement du fiel plutôt que des copeaux qui se brisent proprement au niveau du tranchant. Tous deux ont également un faible coefficient de conductivité thermique, ce qui signifie qu'il est facile de provoquer un écrouissage localisé et de favoriser une usure prématurée des outils. Le titane a le défi supplémentaire d'être plus flexible que la plupart des matériaux usinés par rapport à sa dureté, il faut donc veiller à le fixer de la manière la plus rigide possible.

Cependant, lorsque ces problèmes sont résolus, le titane et l’acier inoxydable donnent d’excellents résultats une fois usinés. Pour le titane, assurez-vous que l'outil est maintenu en mouvement constant à des vitesses inférieures et des avances plus élevées afin de réduire l'accumulation de température, ainsi qu'un liquide de refroidissement haute pression lorsque cela est possible.

Pour l'acier inoxydable, choisissez la nuance 303, qui comprend du soufre comme l'un des éléments d'alliage, ce qui améliore les caractéristiques de libre usinage de l'alliage.

Comme toujours, si les pièces en tôle correspondent à votre application, notre équipe d'experts a sélectionné la puissance et la vitesse de nos lasers (et de nos jets d'eau, CNC, ébavureuses, cintreuses… vous voyez l'idée), pour fournir les meilleurs résultats absolus pour chaque matériau unique.

Quels sont les types d’acier inoxydable les plus courants ?

Le type 304 est de loin la nuance la plus répandue dans le monde de l'acier inoxydable. Probablement suivi par le type 316, qui améliore la résistance déjà excellente à la corrosion du 304. De plus, les deux sont facilement soudés, suffisamment ductiles pour bien se plier, extrêmement durables et relativement peu coûteux. Chez SendCutSend, nous proposons le 304 et le 316 ainsi que de nombreux autres matériaux adaptés à chaque application.

Quel est le meilleur ?

Que vous utilisiez 304 ou 316 dépend vraiment de l'application. Si le summum de la résistance à la corrosion et de la compatibilité sanitaire ou alimentaire-est nécessaire, choisissez le grade 316.

Le Ti dure-t-il plus longtemps que le SS ?

Il s'agit en réalité d'une question-spécifique à l'application. Un bon point de départ est le tableau ci-dessus, et pour une analyse plus approfondie, consultez notre article sur le 304 ou cet article informatif sur le titane. En général, les deux dureront plus longtemps que le reste des pièces requises pour cette application particulière.

Nous comprenons profondément que la sélection du matériau le plus adapté à des applications spécifiques est cruciale pour le succès d'un projet. Si vous avez besoin de conseils professionnels en matière de sélection de matériaux et de solutions personnalisées adaptées à vos besoins spécifiques, n'hésitez pas à contacter notre équipe technique. Nous sommes là pour vous fournir une assistance complète-à guichet unique.

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