Propriétés des alliages de titane coulé et de leurs applications dans l'industrie de la valve
Aug 13, 2025
Par rapport aux matériaux en alliage conventionnel, les alliages de titane offrent de nombreux avantages, y compris une faible densité, une résistance spécifique élevée, une résistance à la corrosion et d'excellentes performances à haute et basse température. Par conséquent, ils trouvent une application répandue dans un large éventail de domaines, notamment l'industrie pétrochimique, les environnements marins, la biomédecine, l'aérospatiale, l'industrie automobile et la construction navale. Les alliages de titane coulés sont obtenus en coulant des alliages de titane dans les formes souhaitées. L'alliage le plus largement utilisé est ZTC4 (TI-6AL-4V), qui offre des performances de traitement stables, une excellente résistance et une ténacité de fracture (en dessous de 350 degrés).
En tant que composants de contrôle clés dans les systèmes de transport de pipelines pour divers environnements spéciaux et milieux de liquide spécialisés, les vannes sont devenues une composante vitale de nombreux équipements de production et sont indispensables à pratiquement toutes les industries. En raison des exigences variables de l'environnement, de la température et des médias dans diverses industries, la sélection des matériaux de la valve est cruciale et largement valorisée. Les vannes fabriquées principalement en alliages de titane et les alliages de titane coulés contiennent de larges perspectives dans l'industrie de la valve en raison de leurs propriétés supérieures, y compris une résistance à la corrosion, d'excellentes performances à haute et basse température et à haute résistance.
1. Alliages en titane coulé couramment utilisés
1.1 types
Avec les progrès technologiques et les besoins de production, divers alliages de titane coulé ont été développés et appliqués dans un large éventail de domaines. Sur la base de leur composition photographique, les alliages de titane coulés peuvent être divisés en trois types :, et + . en fonction de leur résistance, ils peuvent être classés en alliages de titane à résistance moyenne et à haute résistance. Sur la base de leur température de fonctionnement, ils peuvent être divisés en alliages de titane à basse température (température ambiante ou en dessous), alliages de titane à température moyenne (400 degrés), alliages de titane à haute température (500 degrés ou plus) et les alliages de titane résistants aux flammes. Comme on peut le voir, les alliages de titane coulés ont un large éventail d'applications, couvrant presque tous les aspects et possédant une valeur marchande élevée.
1.2 Propriétés mécaniques
Les alliages de titane coulés comprennent ZTA1, ZTA2, ZTA5 et ZTC4, englobant les types, et +, désignés au niveau national sous forme de TA, TC et TB, respectivement.
En prenant l'alliage de titane coulé ZTC4 le plus largement utilisé à titre d'exemple, sa teneur en AL est de 5,5% à 6,75%, sa teneur en V est de 3,5% à 4,5%, et le reste est Ti. Comme le montre le tableau 1, l'alliage de titane coulé ZTC4 a une résistance à la traction de 895 MPa et une limite d'élasticité de 825 MPa. Ses propriétés mécaniques sont comparables à celles de l'acier moyen et haute résistance, ce qui en fait une alternative appropriée à l'acier. De plus, sa densité, à seulement 4,4 g / cm³, est bien inférieure à celle de l'acier, facilitant la réduction du poids. Dans le même temps, il conserve la résistance à la corrosion supérieure de l'alliage de titane, une caractéristique qui manque à l'acier.
Par conséquent, dans la production industrielle future, si une réduction de poids est requise en raison des besoins de production, le choix d'un alliage de titane en casting approprié en remplacement est une excellente option. Cela peut réduire efficacement le poids du produit tout en maintenant les performances, ce qui en fait un bon choix.
2. Applications des alliages de titane coulé dans l'industrie de la valve
2.1 Valves de titane marin
Ces dernières années, avec le développement rapide de l'économie de mon pays, diverses industries ont prospéré. En tant qu'équipement mécanique à usage général essentiel, les vannes ont connu une augmentation de la demande du marché et l'industrie des valves de mon pays a également connu un développement rapide. Une valve se compose généralement d'un corps, de bonnet, de disque, de tige, d'échangeur de chaleur, d'emballage et d'actionneur. Le corps et le capot sont considérés comme le matériau principal, tandis que le disque (porte), la balle, le siège, la tige et le sceau sont considérés comme les matériaux internes. Les attaches sont également considérées. Les matériaux de soupape communs comprennent la fonte grise, le fer ductile, l'acier en alliage et l'alliage de cuivre, offrant une large gamme d'options. Cependant, à mesure que les exigences de production augmentent, les chercheurs ont découvert que les matériaux de valve conventionnels sont insuffisants pour la production et la recherche dans certains environnements opérationnels et complexes et des conditions de travail spécialisées. Par conséquent, les alliages en titane et en titane coulé ont attiré l'attention en raison de leurs performances supérieures, conduisant au développement de vannes en titane.
Les systèmes de pipelines d'eau de mer fonctionnent dans des environnements extrêmement sévères, et les performances des vannes marines ont un impact direct sur la sécurité et les performances globales du système de pipeline. Dès les années 1960, la Russie a commencé des recherches sur les alliages de titane pour la construction navale, développant par la suite des alliages bêta-titane de qualité marine. Ces alliages ont ensuite été utilisés dans les systèmes de tuyauterie de navires militaires. Ceux-ci comprenaient le globe, le contrôle et les vannes à billes, une grande variété de vannes utilisées en grande quantité. Simultanément, les vannes en titane ont également commencé à être utilisées dans les systèmes de tuyauterie de navires civils. Les tests de lancement ultérieurs ont démontré que l'utilisation d'alliages de titane coulé offrait une fiabilité supérieure en termes de résistance structurelle et de résistance à la corrosion par rapport aux alliages de cuivre et à l'acier précédemment utilisés. Cette durée de vie considérablement prolongée, de 2 à 5 ans à plus du double, attirant une attention généralisée. Les vannes de papillon triple-eccentrique fournies par le China Shipbuilding Industry Corporation (CSIC) 725 Research Institute de Luoyang, mon pays, pour un certain type de navire, incarnent un changement de sélection et de conception de matériaux, employant des documents tels que TI80. Cela a prolongé la durée de vie de la valve à plus de 25 ans, améliorant la fiabilité et l'aspect pratique des applications de valve et combler un écart technologique en Chine.
2.2 Valves de titane pour aérospatiale
Les alliages de titane coulés ont également bien performé en aérospatial, grâce à leur excellente résistance à la chaleur et à leur force. Au cours des années 1960, American Airlines a également expérimenté les pièces moulées en titane. Après une période de recherche, les alliages de titane coulés ont commencé à être officiellement utilisés dans les avions (tels que les Boeing 757, 767 et 777) en 1972. Les moulages en alliages en titane étaient non seulement largement utilisés dans les structures stationnaires, mais également dans des emplacements critiques, tels que les contrôles de la valve dans les systèmes de tuyaux critiques. Les vannes communes comprennent les vannes de sécurité et les clapulades à anticiper, la réduction des coûts de fabrication des avions et l'augmentation de la sécurité et de la fiabilité. De plus, comme les alliages de titane ont une densité plus faible que les autres alliages, ne pesant que 60% de l'acier de résistance équivalente, leur utilisation généralisée entraîne des progrès constants vers des avions plus forts et plus légers.
Actuellement, les vannes aérospatiales sont principalement utilisées dans divers systèmes de contrôle, y compris les systèmes pneumatiques, hydrauliques, de carburant et de lubrification. Ils sont particulièrement bien adaptés à la résistance à la corrosion et aux environnements à haute température, ce qui en fait des composants cruciaux pour les véhicules et moteurs aérospatiaux. Les vannes traditionnelles nécessitent fréquemment un remplacement périodique et peuvent même être incapables de répondre à la demande. De plus, avec le marché des valves aérospatiales en expansion rapide, les vannes en titane gagnent de plus en plus de parts de marché en raison de leurs performances supérieures.
2.3 Valves de titane pour l'industrie chimique
Les soupapes chimiques sont généralement utilisées dans des environnements difficiles caractérisés par une température élevée, une haute pression, une résistance à la corrosion et des écarts de grande pression. Par conséquent, la sélection des matériaux appropriée est cruciale pour les applications de valve dans l'industrie chimique. Les premiers matériaux, comme l'acier au carbone et l'acier inoxydable, étaient souvent utilisés. Ces matériaux ont rouillé avec le temps, nécessitant le remplacement et l'entretien. Avec le développement continu de la technologie de coulée en alliage en titane et la reconnaissance progressive de ses performances supérieures, les vannes en titane sont également apparues.
Prenant l'unité de production de l'acide téréphtalique purifié (PTA) de l'industrie des fibres chimiques à titre d'exemple, le milieu de travail est principalement de l'acide acétique et de l'acide hydrobromique, qui sont très corrosifs. Près de 8 000 vannes, y compris les vannes d'arrêt, les vannes à billes, etc. doivent être utilisées, avec différents types et quantités énormes. Par conséquent, les vannes en titane deviennent un bon choix, ce qui augmente la fiabilité et la sécurité de l'utilisation. D'une manière générale, en raison de la corrosivité de l'urée, les vannes à la sortie et à l'entrée de la tour de synthèse de l'urée peuvent répondre à la durée de vie d'un an et répondre aux exigences d'utilisation. However, enterprises such as Shanxi Luliang Fertilizer Plant, Shandong Tengzhou Fertilizer Plant and Henan Lingbao Fertilizer Plant have made many attempts and finally selected titanium valves such as high-pressure check valves H72WA-220ROO-50, H43WA-220ROO-50, 65, 80 and insulated stop valves BJ45WA-25R-100, 125 for the inlet de la tour de synthèse de l'urée. La durée de vie est supérieure à 2 ans, ce qui reflète une bonne résistance à la corrosion [9] et réduit la fréquence de remplacement et le coût d'utilisation des vannes.
L'application d'alliages de titane coulé sur le marché des valves ne se limite pas aux industries susmentionnées; Il connaît également une croissance significative dans d'autres domaines. Par exemple, le nouvel alliage en alliage de titane en casting TI-33.5AL-1NB-0.5CR-0.5SI, développé au Japon, présente de nombreux avantages, notamment une faible densité, une résistance élevée au fluage et une excellente résistance à l'usure. Son utilisation dans les soupapes d'échappement du moteur automobile peut améliorer la sécurité du moteur et prolonger la durée de vie.
3. Applications des alliages de titane coulé dans d'autres industries
Par rapport à l'application d'alliages de titane coulé dans l'industrie de la valve, les alliages de titane coulé ont un plus large éventail d'applications. Le titane et ses alliages possèdent tous deux une excellente résistance à la corrosion, ce qui les rend cruciaux pour les industries ayant des exigences corrosives, telles que l'industrie pétrochimique. Dans ces industries, des équipements industriels à grande échelle tels que les pompes à déplacement positif, les échangeurs de chaleur, les compresseurs et les réacteurs utilisent souvent des pièces moulées en titane résistantes à la corrosion, représentant la plus grande demande du marché. Dans le domaine médical, le titane est reconnu dans le monde entier comme un métal sûr et non toxique sans libération de métal lourd. Par conséquent, de nombreux dispositifs d'assistance médicale et des membres prothétiques sont faits d'alliages de titane moulé.
Cela est particulièrement vrai en dentisterie, où presque toutes les pièces dentaires dentaires testées sont en titane commercialement pur et en alliage TI-6AL-4V, démontrant une excellente biocompatibilité, des propriétés mécaniques et une résistance à la corrosion. En outre, en raison de leur faible densité et de leurs excellentes performances, le titane et ses alliages sont largement utilisés dans une variété d'équipements sportifs, y compris des clubs de golf, des têtes de club, des raquettes de tennis, des raquettes de badminton et un plaqueur de pêche. Les produits fabriqués en titane sont légers, ont une qualité garantie et sont très populaires parmi le public. Par exemple, l'alliage de titane SP-700 développé par Nippon Kogan Co., Ltd. (N104) est utilisé comme matériau de surface pour les têtes de golf de la série Taylor 300 et est un succès mondial.
Depuis la fin du XXe siècle, l'utilisation d'alliages de titane coulé dans des domaines tels que la pétrochimie, l'aérospatiale, la biomédecine, l'industrie automobile et les sports et les loisirs sont passés de l'exploration initiale à une promotion et à un développement généralisés, en réalisant progressivement l'industrialisation et l'échelle.
Le titane et ses alliages offrent des performances supérieures, ce qui en fait des substituts idéaux pour de nombreux matériaux, tels que l'acier. De plus, les ressources en titane sont abondantes, attirant l'attention de nombreux chercheurs. Bien que les défis restent, tels que la difficulté d'extraire et de fumer les ressources en titane et le traitement, les industries de la valve et du titane sont à la fois dynamiques et en développement rapide. Avec la stabilité future de l'exploitation et de la production en titane, ainsi que l'introduction et le raffinement de nouveaux processus, l'application d'alliages de titane et de castings coulées dans l'industrie de la valve mûrira et deviendra plus répandue, avec de larges perspectives d'application dans d'autres industries.
La société possède des lignes de production nationales de transformation en titane, notamment:
Ligne de production de tubes en titane à imprécision d'allemand (capacité de production annuelle: 30 000 tonnes);
Ligne de roulement en feuille de titane de technologie japonaise (le plus mince à 6 μm);
Ligne d'extrusion continue de la tige de titane entièrement automatisée;
Plaque de titane intelligente et moulin à finition à bande;
Le système MES permet le contrôle numérique et la gestion de l'ensemble du processus de production, atteignant une précision dimensionnelle du produit de ± 0,01 μm.
