Alliages de titaneprésentent des propriétés différentes en fonction de leur composition et de leur structure. Le titane a deux structures cristallines : le titane, avec un réseau hexagonal en dessous de 882 degrés, et le titane, avec une structure cubique centrée sur le corps au-dessus de 882 degrés. En ajoutant des éléments d'alliage appropriés, la teneur en phase et les températures de transition peuvent être manipulées pour obtenir différents types d'alliages de titane. A température ambiante, les alliages de titane peuvent être classés en trois catégories.
1. Alliage de titane: Cet alliage monophasé est constitué d'une solution solide en phase. Il conserve sa structure en phase à des températures normales et élevées. L'alliage de titane présente une organisation stable, une résistance à l'usure inférieure à celle du titane pur et une excellente résistance à l'oxydation. Bien qu'il conserve sa résistance et sa résistance au fluage entre 500-600 degrés, il ne peut pas être renforcé par un traitement thermique. La résistance à température ambiante de l’alliage de titane n’est pas particulièrement élevée.
2. Alliage de titane bêta: Cet alliage monophasé est composé d'une solution solide en phase. Il possède une résistance élevée même sans traitement thermique. De plus, l’alliage peut être renforcé davantage grâce à des processus tels que la trempe et le vieillissement. La résistance à la traction de l'alliage de titane bêta à température ambiante peut atteindre 1372-1666 MPa.
3. Alliage de titane alpha-bêta: Cet alliage duplex présente d'excellentes performances globales, notamment de bonnes propriétés de stabilité organisationnelle, de ténacité, de plasticité et de déformation à haute température. Il est bien adapté au traitement sous pression à chaud, à la trempe et au vieillissement pour améliorer sa résistance. L'alliage de titane alpha-bêta traité thermiquement démontre une augmentation de 50-100 % de la résistance par rapport à l'état recuit. Il peut résister à un fonctionnement à long terme à des températures de 400-500 degrés et présente une stabilité thermique remarquable, juste derrière l'alliage de titane alpha.
Parmi ces trois types d’alliages de titane, les plus couramment utilisés sont l’alliage de titane et l’alliage de titane alpha-bêta. En termes d'usinabilité, l'alliage de titane offre de meilleures performances, suivi de l'alliage de titane alpha-bêta, tandis que l'alliage de titane bêta est à la traîne. Les codes correspondants pour ces alliages sont TA pour alliage de titane, TB pour alliage de titane bêta et TC pour alliage de titane alpha-bêta.
Caractéristiques de performance des alliages de titane :
1. Haute résistance : les alliages de titane ont une densité d'environ 4,51 g/cm³, soit seulement 60 % de l'acier. Certains alliages de titane à haute résistance dépassent la résistance de nombreux aciers de construction alliés. Par conséquent, la résistance spécifique (résistance/densité) des alliages de titane dépasse celle des autres matériaux de structure métalliques. Ces alliages sont idéaux pour fabriquer des composants légers présentant une résistance et une rigidité élevées, tels que des pièces de moteurs d'avion, des squelettes, des revêtements, des fixations et des trains d'atterrissage.
2. Haute résistance thermique : les alliages de titane peuvent résister à des températures plus élevées que les alliages d’aluminium. Ils peuvent maintenir la résistance requise même à des températures moyennes et présenter une résistance exceptionnelle entre 150-500 degrés. En revanche, les alliages d'aluminium subissent une réduction significative de leur résistance à 150 degrés. La plage de températures de travail des alliages de titane s'étend jusqu'à 500 degrés, tandis que les alliages d'aluminium sont limités à des températures inférieures à 200 degrés.
3. Excellente résistance à la corrosion : les alliages de titane possèdent une résistance supérieure à la corrosion dans les atmosphères humides et l’eau de mer, surpassant l’acier inoxydable. Ils présentent une résistance robuste à la corrosion par piqûre, à la corrosion acide et à la corrosion sous contrainte. Les alliages de titane démontrent également une excellente résistance aux alcalis, aux chlorures, aux substances organiques chlorées, à l'acide nitrique, à l'acide sulfurique, etc. Cependant, ils présentent une mauvaise résistance à la corrosion dans les environnements réducteurs contenant de l'oxygène et des sels de chrome.
4. Bonnes performances à basse température : les alliages de titane conservent leurs propriétés mécaniques même à des températures basses et ultra-basses. En raison de leur faible coefficient de dilatation thermique, certains alliages de titane, comme le TA7, conservent un certain degré de plasticité même au degré -253. Ainsi, les alliages de titane sont des matériaux structurels essentiels pour les applications à basse température.
5. Activité chimique importante : Le titane présente une activité chimique élevée, réagissant fortement avec les éléments atmosphériques comme l'oxygène, l'azote, l'hydrogène, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau et l'ammoniac. Par exemple, lorsque la teneur en carbone dépasse 0,2 %, des carbures de titane durs (TiC) se forment au sein de l'alliage. De même, à des températures plus élevées, la réaction avec l’azote conduit à la formation de couches superficielles dures de nitrure de titane (TiN). Le titane absorbe facilement l'oxygène au-dessus de 600 degrés, entraînant la formation d'une couche durcie. De plus, une teneur accrue en hydrogène peut conduire au développement d’une couche fragile. Ces réactions peuvent provoquer des phénomènes d'adhésion avec les surfaces de friction.
6. Faible conductivité thermique et élasticité : Le titane possède une faible conductivité thermique (environ 15,24 W/(m·K)). Sa conductivité thermique est d'environ 1/4 de nickel, 1/5 de fer et 1/14 d'aluminium. Les alliages de titane présentent une conductivité thermique encore plus faible que le titane pur.
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