propriétés du titane & faq

Les propriétés du titane

Le titane est souvent considéré comme un matériau exotique. En réalité, c’est un métal particulier offrant des propriétés physiques, chimiques et mécaniques exceptionnelles :

  • faible densité,
  • résistance spécifique ou massique élevée,
  • excellente résistance à l’érosion et à la corrosion,
  • comportement en fatigue supérieur aux autres matériaux,
  • très bonne résistance aux chocs même à basse température (utilisable jusqu’à la température de l’hélium liquide),
  • conservation des caractéristiques mécaniques à haute température,
  • aptitude au SPF/DB (formage superplastique et soudage par diffusion),
  • etc..

Nous vous proposons une description de la structure et des propriétés chimiques du titane ainsi que de ses propriétés physiques.

Propriétés physiques et chimiques

Propriétés chimiques

Le titane se présente sous deux formes allotropiques :

  • la phase alpha, hexagonale, stable en-dessous de 882 °C
  • et la phase bêta cubique centrée, stable au-dessus de 882 °C.

L’addition d’éléments d’alliage favorise l’apparition des différentes phases et leur stabilité dans différents domaines de température.

Les alliages de titane se classent selon trois familles :

  • Les alliages alpha sont soudables, conservent de bonnes caractéristiques depuis les températures cryogéniques jusqu’à 500/550 °C et offrent une résistance à la corrosion exceptionnelle. Mais ils sont difficiles à former à froid et les traitements thermiques restent peu efficaces. Ce sont des alliages de fluage souvent utilisés à l’état recuit.
  • Les alliages bêta sont résistants à chaud pour des sollicitations de courte durée, soudables, formables à froid mais instables au-dessus de 350 °C et fragiles au-dessous de -70 °C. Les traitements thermiques sont efficaces et ces alliages sont souvent utilisés à l’état recuit ou traité.
  • LLes alliages alpha-bêta ont des caractéristiques intermédiaires : bonne réponse aux traitements thermiques, stables sous contraintes jusque vers 450/500 °C, moins résistants au fluage, plus faciles à former et plus difficiles à souder et à usiner.

D’une manière générale, les alliages ont une meilleure résistance mécanique et une moins bonne résistance à la corrosion que les nuances de titane non allié appelé aussi commercialement pur (CP). Le TA6V est l’alliage alpha-bêta le plus répandu dans l’industrie du titane. Le T40 et le T60 sont les nuances de titane commercialement pur les plus répandues en usage industriel. Elles se différencient par leur teneur en oxygène et en fer, le T40 étant plus pur que le T60.
Le titane présente, à température élevée, une grande affinité pour l’oxygène, l’azote, le carbone et l’hydrogène. On doit tenir compte de cette caractéristique essentielle dans l’élaboration et les transformations du métal.

L’oxydation de surface assure une excellente résistance à la corrosion. Cette protection a la particularité de se reproduire naturellement en cas de rayure, ce qui constitue un avantage considérable du titane sur les aciers inox. Mais à haute température la couche superficielle forme une zone polluée en oxygène enrichie en phase alpha. Cette couche extrêmement dure et non ductile provoque la rupture de la pièce par amorce de fissure. Pour le TA6V, cette oxydation est significative à partir de 590°C.
Le titane ne souffre d’aucune corrosion dans l’eau naturelle (y compris l’eau de mer et saumâtre) même à température élevée. Les ions métalliques, les sulfures, les sulfates, les carbonates et les chlorures présents dans l’eau n’affectent pas le titane. Une exposition du titane dans l’eau ou la vapeur d’eau à des températures supérieures à 90 °C provoque un épaississement du film d’oxyde qui réduit les vitesses de corrosion.

Une vitesse d’écoulement d’eau de mer non chargée de particules solides supérieure à 36 m/s ne provoque aucune érosion du T40. Le titane résiste parfaitement à de nombreux produits chimiques, en particulier à ceux qui contiennent du chlore. Mais il résiste mal à certaines solutions chaudes ou concentrées (HCl, H2SO4, acides organiques). Le titane possède d’autre part une bio-compatibilité très supérieure à celle des autres métaux.

Propriétés physiques

Si l’on compare le titane pur à d’autres métaux, des différences assez marquantes de propriétés physiques apparaissent :

Le titane qui a une densité de 40 % inférieure à celle des aciers au carbone peut voir sa résistance mécanique encore améliorée par addition d’éléments d’alliage tels que l’aluminium et le vanadium.

Foire Aux Questions

Coût de revient

Comment définir le coût du matériau Titane ?

Le prix de la matière dépend d’abord des caractéristiques recherchées :

  • nuance spécifiée (plus les éléments d’alliages sont coûteux, plus le prix augmente) ;
  • niveau toléré de certains éléments “résiduels” (plus les teneurs exigées sont faibles, plus le prix risquera d’être élevé) ;
  • gamme d’essais de réception à appliquer aux lots de livraison ;
  • quantité à fournir (plus la quantité est importante, plus le prix peut être bas) ;
  • degré de corroyage du profilé commandé (plus le degré de corroyage est important, plus le coût augmente).

Il est sensible également à des situations de conjoncture :

  • niveau de la demande globale et des stocks chez les “grands utilisateurs” de titane et d’alliages ;
  • cours du dollar ;
  • taux d’utilisation des capacités globales de production.

Pour l’étude de coût d’une application précise, il faut consulter sur leur prix/délais prévisionnels, les élaborateurs, négociants ou distributeurs (en “sélectionnant” ceux qui sont davantage spécialisés dans les produits recherchés) et exploiter les valeurs figurant dans les offres recueillies. Cela vaut mieux que d’utiliser des valeurs statistiques “moyennes”, même de bonne qualité. Le prix de revient dépend également fortement du ratio entre le besoin en matière brut et le titane présent dans la pièce finie.

Les Nuances de Titane

Quelles nuances de Titane utiliser ?

Les nuances de titane les plus couramment utilisées sont, selon leur dénomination française : les T40, T60 et TA6V. Ce sont elles qui sont également le plus régulièrement disponibles sur le marché.

Usinage et Soudage du Titane

Comment le titane se soude-t-il ?

Le titane peut être soudé pratiquement avec tous les procédés classiques (MIG, TIG, faisceau d’électrons, laser, etc.). Le nettoyage et le dégraissage des surfaces à assembler doivent être réalisés avec soin.
Il faut faire attention au métal d’apport (il doit être de même nature que le métal de base) et à la protection contre l’oxydation : le titane fondu ne doit pas être mis en contact avec l’air. Il faut le protéger en procédant soit sous vide, soit sous gaz neutre. Pour les pièces de petite taille, le soudage en boite à gants est l’idéal.
Une soudure non contaminée est brillante et argentée. Si le cordon est bleu clair ou jaune paille, un brossage avec une brosse à fil en inox neuve suffit. S’il est bleu foncé, gris bleu, gris ou poudreux blanc, la soudure est contaminée. On ne répare pas une soudure défectueuse par décapage ou traitement thermique : il faut la détruire mécaniquement et la refaire. La solution à une soudure de mauvaise qualité réside souvent dans le paramétrage de la protection gazeuse.
Le T40 et le T60 sont “plus soudables” que le TA6V. Ils ne présentent pas de ségrégation de phases, de fissuration ou de dégradation de la résistance à la corrosion.

Comment le titane s’usine-t-il ?

Le titane s’usine à peu près comme l’acier inoxydable mais il faut tenir compte de sa réactivité avec les composants de l’acier à outils, de son affinité pour l’oxygène, de son élasticité.

On observe des copeaux inhabituels et parfois :

  • des températures élevées des arêtes et faces des outils,
  • l’abrasion de leurs faces et arêtes tranchantes,
  • des phénomènes de serrage ou de collage (parfois).

Il faut donc faire particulièrement attention au bridage de la pièce à usiner, ainsi qu’à la lubrification de la pièce (choisir une huile appropriée) et utiliser une machine-outil particulièrement rigide.