Comprendre les différentes qualités de titane

Pourquoi la sélection de la qualité du titane est importante

Le titane est spécifié par qualité car les propriétés mécaniques changent fortement avec de petits changements dans les éléments interstitiels et les ajouts d'alliages. L'oxygène, le fer, le carbone, l'azote et l'hydrogène sont contrôlés selon des limites maximales strictes selon ASTM B265 (plaques, feuilles et bandes) et ASTM B348 (barres et billettes), et chaque nuance réagit différemment aux charges de formage, de soudage et de service. Les acheteurs qui traitent tout le titane comme un seul matériau risquent de sur-spécifier le coût ou de sous-spécifier la résistance. Ce guide compare les qualités ASTM courantes en termes de composition, de propriétés et d'ajustement réaliste à l'application.

Grades 1 à 4 commercialement purs

Les grades 1 à 4 sont du titane non allié dont la résistance augmente avec la teneur en oxygène et en fer. Le grade 1 (UNS R50250) limite l'oxygène à 0,18 % et offre la ductilité la plus élevée, avec une résistance à la traction minimale de 240 MPa et un rendement de 170 MPa selon ASTM B265. Le grade 2 (UNS R50400), le cheval de bataille de l'industrie, autorise 0,25 % d'oxygène et 0,30 % de fer, ce qui donne une résistance à la traction minimale de 345 MPa et un rendement de 275 MPa. Le grade 3 (UNS R50550) atteint 450 MPa en traction avec 0,35 % d'oxygène. Le grade 4 (UNS R50700) est le grade CP le plus résistant avec un minimum de traction de 550 MPa et est souvent utilisé lorsqu'une dureté plus élevée est nécessaire sans alliage.

Toutes les qualités CP partagent le-film d'oxyde auto-cicatrisant qui confère une résistance à l'eau de mer et à la corrosion chimique. La différence pratique est donc la formabilité par rapport à la résistance. Le grade 1 est préféré pour l’emboutissage profond, les joints et les revêtements chimiques ; Le grade 2 domine les échangeurs de chaleur, la tuyauterie et les composants marins structurels ; Le grade 4 apparaît dans les fixations, les instruments médicaux et les pièces sujettes à l'usure.

Alliages alpha-bêta : grade 5 et au-delà

Le grade 5 (Ti-6Al-4V, UNS R56400) ajoute 5,5 à 6,75 % d'aluminium et 3,5 à 4,5 % de vanadium, augmentant la résistance à la traction minimale à 895 MPa et le rendement à 828 MPa à une densité de 4,43 g/cm3. L'aluminium stabilise la phase alpha pour plus de solidité et de résistance au fluage ; le vanadium stabilise le bêta pour la ténacité et la capacité de traitement thermique. Il s'agit de l'alliage structurel par défaut pour les pièces de l'aérospatiale, du médical et du sport automobile, et peut être fourni recuit, traité en solution et vieilli, ou dans la variante ELI (Grade 23, UNS R56407) avec de l'oxygène plafonné à 0,13 % pour la résistance à la rupture des implants selon ASTM F136.

Comment choisir une note

Formabilité ou emboutissage profond : Grade 1 ou Grade 2 ; les deux se forment facilement à froid et se soudent sans traitement thermique après-soudage.

Service de corrosion dans les chlorures et l'eau de mer : Grade 2 ou Grade 7 (Ti-0,15Pd) et Grade 12 (Ti-0,3Mo-0,8Ni) où la corrosion caverneuse et les acides réducteurs sont présents.

Rapport résistance-/-poids élevé : grade 5 ou grade 9 (Ti-3Al-2,5V, UNS R56320), ce dernier offrant une meilleure formabilité à froid à 620 MPa de traction minimum.

Implants médicaux : Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) selon ASTM F136, ou CP Grade 1/2 selon ASTM F67 pour les dispositifs non porteurs.

Service à température élevée : grade 5 jusqu'à environ 400 degrés en service à long -terme ; au-dessus, des alliages alpha tels que Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo sont spécifiés.

Le coût suit la même échelle : les qualités CP sont les moins chères, la qualité 5 ajoute des coûts d'alliage et de traitement, et les qualités ELI ou palladium-apportent une prime justifiée uniquement par des exigences spécifiques de corrosion ou de biocompatibilité.

FAQ

Quelle qualité de titane est la plus résistante ?

Parmi les qualités courantes, la qualité 5 (Ti-6Al-4V) avec une résistance à la traction minimale de 895 MPa est la qualité la plus résistante largement stockée. Les alliages bêta traités thermiquement le dépassent, mais ce sont des produits spécialisés dont la disponibilité est limitée.

Le titane de grade 2 est-il plus résistant que le titane de grade 1 ?

Oui. Le grade 2 a des limites d'oxygène et de fer plus élevées, augmentant la résistance à la traction minimale de 240 MPa (grade 1) à 345 MPa, tout en conservant une bonne formabilité et soudabilité.

Que signifie UNS dans les nuances de titane ?

UNS (Unified Numbering System) est l'identification standard des métaux utilisée en Amérique du Nord. Par exemple, le grade 2 est UNS R50400 et le grade 5 est UNS R56400 ; la série de préfixes R- couvre le titane et les alliages de titane.

Le titane de grade 5 peut-il être soudé comme les nuances CP ?

Soudures de grade 5 avec blindage à l'argon et charge correspondante telle que ERTi-5, mais le joint tel que soudé a une ductilité inférieure à celle des soudures en titane CP et nécessite généralement un soulagement des contraintes. Soudez les grades CP 1 à 4 avec moins de précautions.

Comment puis-je savoir de quelle note mon projet a besoin ?

Commencez par l'environnement de service : points d'exposition aux chlorures ou aux acides aux qualités CP ou Pd/Mo ; la structure porteuse ou légère-indique le niveau 5 ou 9 ; la formation des points de complexité est de niveau 1 ou 2. Vérifiez-avec les tableaux de propriétés minimales ASTM B265 ou ASTM B348 avant de commander.