Qu'est-ce qu'une plaque de titane
La plaque de titane est un produit plat-en titane laminé fourni au-dessus de l'épaisseur à laquelle le matériau est classé comme feuille, produit par laminage à chaud suivi d'un recuit contrôlé. Le titane lui-même est un métal léger, solide et hautement résistant à la corrosion- : sa faible densité le rend attrayant partout où le poids est critique, son rapport résistance à la traction/densité est le plus élevé des métaux de structure courants, et sa biocompatibilité signifie que le corps humain le tolère bien mieux que la plupart des autres matériaux techniques. Ces trois propriétés réunies expliquent pourquoi la même famille de produits sert aux structures d’avions, aux implants chirurgicaux et aux équipements des usines chimiques.
Plaque de titane contre feuille de titane
La distinction entre plaque et tôle est une convention d’épaisseur plutôt qu’une différence d’alliage. Selon la norme ASTM B265, le titane laminé plat-est classé comme plaque à partir de 4,76 mm (0,1875 po) vers le haut, tandis que le matériau plus fin est fourni sous forme de feuille ou de bande. Dans la pratique commerciale, les acheteurs doivent toujours indiquer explicitement l'épaisseur, la largeur, la longueur et la classe de tolérance, car la même qualité et la même chaleur peuvent être fournies sous l'une ou l'autre forme et parce que les tôles sont normalement fournies avec des surfaces laminées ou recuites plutôt que la finition décapée typique des tôles minces. La feuille est le choix habituel pour le revêtement, les revêtements et les composants formés, tandis que la plaque est spécifiée lorsque la section doit supporter une charge structurelle, être usinée pour former une bride ou une plaque tubulaire, ou résister à des conditions de processus abrasives.
Nuances et chimie des plaques de titane
| Grade | Taper | Limites de composition clés | Caractère typique |
|---|---|---|---|
| 1re année | Commercialement pur | O Inférieur ou égal à 0,18%, Fe Inférieur ou égal à 0,20% | Résistance la plus faible, ductilité et formabilité les plus élevées |
| 2e année | Commercialement pur | O Inférieur ou égal à 0,25%, Fe Inférieur ou égal à 0,30% | Le grade-résistant à la corrosion-à usage général |
| 3e année | Commercialement pur | O Inférieur ou égal à 0,35%, Fe Inférieur ou égal à 0,30% | Résistance supérieure avec formabilité modérée |
| 4e année | Commercialement pur | O Inférieur ou égal à 0,40%, Fe Inférieur ou égal à 0,50% | La plus haute résistance des nuances non alliées |
| 5e année | Alliage alpha-bêta | Al 5,5 à 6,75 %, V 3,5 à 4,5 % | Haute-qualité structurelle et aérospatiale |
| 7e année | Commercialement pur avec du palladium | PD 0,12 à 0,25 % | Résistance améliorée lors de la réduction du service acide |
| 12e année | Titane avec nickel et molybdène | Ni 0,6 à 0,9 %, Mo 0,2 à 0,4 % | Résistance améliorée à la corrosion caverneuse à moindre coût que les qualités de palladium |
Les qualités commercialement pures se distinguent principalement par leur teneur en oxygène et en fer, et c'est le niveau d'oxygène qui détermine la résistance : augmenter l'oxygène du niveau 1 au niveau 4 augmente sensiblement la résistance tout en réduisant la ductilité. Le grade 5 est l'alliage structurel de référence, et les grades 7 et 12 existent spécifiquement pour résoudre les problèmes de corrosion dans des environnements réducteurs où le titane non allié ne survivrait pas.
Propriétés mécaniques minimales
Les valeurs ci-dessous correspondent aux exigences minimales couramment appliquées aux plaques de titane recuites selon la norme ASTM B265. Ils sont exprimés en résistance à la traction, en limite d'élasticité décalée de 0,2% et en allongement en 50 mm.
| Grade | Résistance à la traction (min) | Limite d'élasticité, décalage de 0,2 % (min) | Allongement (min) |
|---|---|---|---|
| 1re année | 240 MPa | 138 MPa | 24% |
| 2e année | 345 MPa | 275 MPa | 20% |
| 3e année | 450 MPa | 380 MPa | 18% |
| 4e année | 550 MPa | 483 MPa | 15% |
| 5e année | 895 MPa | 828 MPa | 10% |
| 7e année | 345 MPa | 275 MPa | 20% |
| 12e année | 483 MPa | 345 MPa | 18% |
Outre les valeurs de température ambiante, les plaques de titane sont normalement spécifiées avec une teneur maximale en oxygène, azote, hydrogène et fer, car les éléments interstitiels contrôlent à la fois la résistance et la ténacité. Les plaques de grade 5 comportent également une gamme d'aluminium et de vanadium plutôt qu'un maximum, et la teneur en aluminium et en vanadium doit se situer à l'intérieur de la bande pour que l'alliage atteigne ses objectifs de propriétés.
Applications typiques
Aérospatial:plaque structurelle, raccords et supports combinant haute résistance et faible poids ; La 5e année est le choix par défaut.
Médical:composants d'implants et instruments chirurgicaux, où la biocompatibilité et la résistance à la corrosion des fluides corporels sont essentielles.
Traitement chimique :plaque de récipient sous pression, plaques tubulaires d'échangeur de chaleur, composants internes de colonne et composants de tuyauterie en service de chlorure et d'acide oxydant.
Dessalement et marine :plaque de condenseur et structures exposées à l'eau de mer-, en utilisant les grades 2, 7 et 12 en fonction de la gravité de l'environnement.
Industriel et grand public :échangeurs de chaleur, paniers d'anodes, panneaux architecturaux et cadres d'équipements de précision, où le métal peut être poli pour obtenir une finition brillante qui conserve son aspect dans le temps.
Notes de fabrication et de manipulation
La plaque de titane est normalement fournie à l'état recuit, ce qui donne une microstructure stable adaptée au formage et à l'usinage. Le formage à froid nécessite plus de force et plus de marge élastique que l'acier doux, et le formage à chaud doit respecter les limites de la spécification applicable pour éviter de contaminer la surface. Le titane ne doit jamais être soudé ou chauffé au contact d'une contamination par le fer ou le cuivre, car le fer absorbé fragilise la soudure ; des brosses dédiées en acier inoxydable, des outils de coupe séparés et un nettoyage contrôlé de la zone de joint sont des pratiques standard en atelier. L'usinage est effectué avec des outils tranchants, des vitesses de coupe faibles, un liquide de refroidissement généreux et des vitesses d'avance élevées pour éviter l'écrouissage en surface. Le titane étant un mauvais conducteur de chaleur, l’apport de chaleur pendant le soudage doit être contrôlé et la température entre passes limitée pour protéger les propriétés mécaniques de la plaque.
Foire aux questions
Q : Qu’est-ce qu’une plaque de titane ?
La plaque de titane est du titane plat-laminé fourni au-dessus de l'épaisseur à laquelle le produit est appelé feuille ; selon ASTM B265, ce seuil est de 4,76 mm et les tôles sont produites par laminage à chaud suivi d'un recuit.
Q : Quelle est la différence entre une plaque de titane et une feuille de titane ?
Seule la convention d'épaisseur. La feuille est plus fine que 4,76 mm et est utilisée pour le revêtement, les revêtements et les pièces formées, tandis que la plaque est fournie à partir de 4,76 mm pour les composants structurels, usinés et retenant la pression-.
Q : Quelle qualité de titane est la meilleure pour les plaques ?
Le grade 2 est le grade-résistant à la corrosion-à usage général, le grade 5 (Ti-6Al-4V) est utilisé là où la résistance et le poids dominent, et les grades 7 et 12 sont sélectionnés pour réduire l'utilisation des acides et des chlorures.
Q : Quelle est la résistance de la plaque de titane ?
La résistance à la traction minimale varie de 240 MPa pour le grade 1 à 895 MPa pour le grade 5, le grade 2 étant de 345 MPa et le grade 12 de 483 MPa.
Q : Pourquoi la plaque de titane est-elle utilisée dans les implants médicaux ?
Parce que le métal est biocompatible, résiste à la corrosion des fluides corporels et a une faible densité, ce qui permet aux implants et instruments chirurgicaux d’être solides tout en restant légers.
Q : Que faut-il éviter lors de la fabrication de plaques de titane ?
Contamination du fer et du cuivre lors du chauffage ou du soudage, partage aveugle d'outils et apport de chaleur excessif, qui peuvent tous fragiliser la plaque ou dégrader ses propriétés.