Titanium Metal? Everything About This Magical Metal

Qu’est-ce que le titane ?

1. Définition et propriétés de base du titane

Le titane est un élément chimique avec un numéro atomique de 22 et un symbole chimique Ti. C'est un métal de transition avec une densité relativement légère et une bonne résistance. Le titane métallique existe dans la nature sous forme de minéraux tels que l'ilménite et le rutile. C’est le neuvième élément le plus abondant dans la croûte terrestre, généralement sous forme d’oxydes.

Le titane métallique possède de nombreuses excellentes propriétés physiques et chimiques, ce qui en fait un choix idéal pour de nombreuses applications. Premièrement, le titane a une faible densité, environ 4,5 grammes par centimètre cube, plus léger que de nombreux autres métaux comme l'acier et le nickel. Cela rend le titane métallique largement utilisé dans les domaines nécessitant une conception légère, tels que les industries aérospatiale et automobile.

Secondly, titanium metal exhibits excellent strength. Despite its low density, it has strength comparable to many commonly used metals. This makes titanium metal highly favored in applications requiring high strength and corrosion resistance, such as aerospace engine components and artificial joints.

2. L'histoire et la découverte du titane métallique

Le titane a été découvert pour la première fois à la fin du XVIIIe siècle. En 1801, le chimiste britannique Gregor découvrit l'élément titane dans un minéral appelé ilménite. Par la suite, d’autres chimistes ont commencé à étudier le titane et l’ont découvert dans divers minerais.

En 1840, le chimiste allemand Martin Heinrich Klapoulos réussit pour la première fois à extraire le titane et à nommer ce métal “titane” pour rendre hommage au Titan géant de la mythologie grecque. Cependant, ce n’est que dans les années 1940 que le titane métallique a commencé à être largement utilisé dans l’industrie. Avec le développement de la technologie métallurgique et la réduction des coûts, le titane métallique est progressivement devenu un matériau important pour diverses applications.

3. Caractéristiques du titane

En général, le titane métal présente les principales caractéristiques suivantes :

3.1 Bonne résistance à la corrosion : Le titane métallique peut résister à la corrosion causée par de nombreux produits chimiques, notamment l'eau de mer et les solutions acides. Cela en fait un choix idéal pour les industries maritimes et chimiques.

3.2 Biocompatibilité : Le titane métallique présente une bonne biocompatibilité avec les tissus humains, ce qui le rend largement utilisé dans la fabrication d'articulations artificielles et d'implants dentaires.

3.3 Bonnes propriétés à haute température : Le titane a un point de fusion élevé, environ 1 668 degrés Celsius (3 034 degrés Fahrenheit). Le titane métallique conserve toujours de bonnes propriétés mécaniques et une bonne stabilité à haute température, ce qui le rend important dans les environnements à haute température tels que les moteurs d'avion et les turbines à gaz.

3.4 Haute résistance et faible densité : Malgré sa faible densité, le titane métallique présente une résistance élevée et une excellente comparaison de résistance et de densité. Cela fait du titane un matériau idéal pour la fabrication d’appareils aérospatiaux, de pièces automobiles et d’autres produits nécessitant un allègement.

3.5 Excellente conductivité thermique : Le titane métallique a une bonne conductivité thermique, ce qui lui confère un avantage dans la fabrication de radiateurs, refroidisseurs et autres produits hautes performances.

Production et traitement du titane métallique

1. Méthodes d’extraction et de préparation du titane métallique

Méthode d'extraction : L’extraction du titane métal s’effectue principalement par deux méthodes, à savoir la méthode Claus et la méthode de chloration. La méthode Claus est la méthode la plus couramment utilisée pour obtenir du titane métallique de plus grande pureté en réduisant le minerai d'oxyde de titane. La règle de chloration consiste à faire réagir l'oxyde de titane avec du chlore gazeux pour générer du chlorure de titane, puis à obtenir du titane métallique par une réaction de réduction.

Processus de purification : Après avoir obtenu le titane métallique, une série de processus de purification sont nécessaires pour améliorer sa pureté et ses performances. Ces procédés comprennent la fusion sous vide, les méthodes d'oxyde en phase gazeuse et les méthodes au plasma.

2. Technologie de traitement : forgeage, laminage et formage

Forge : Le titane métallique peut être forgé à chaud ou à froid pour améliorer ses propriétés mécaniques et structurelles. Le forgeage à chaud convient aux pièces présentant de grandes déformations et des formes complexes, tandis que le forgeage à froid convient au traitement de petites pièces et de pièces de précision.

Roulant: Le titane métallique peut également être produit par laminage à chaud et à froid pour préparer des produits tels que des plaques, des bandes et des tuyaux. Le laminage à chaud peut obtenir des produits de plus grande taille et épaisseur, tandis que le laminage à froid peut obtenir une qualité de surface et une précision dimensionnelle supérieures.

Moulage: Le titane métallique peut également être utilisé pour préparer des pièces et des produits de formes diverses grâce à des processus tels que le moulage sous pression, le moulage par injection et l'impression 3D. Ces procédés de moulage sont adaptés à la fabrication de pièces aux formes et structures complexes.

Différence entre le titane pur et les alliages de titane

Pure Titanium

It is also called industrial pure titanium or commercial pure titanium. It is graded according to the content of impurity elements. It has excellent stamping process performance and welding performance, is not sensitive to heat treatment and tissue type, and has a certain strength under satisfactory plasticity conditions. Its strength mainly depends on the content of interstitial elements oxygen and nitrogen. The properties of 99.5% industrial pure titanium are: density P=4.5g/cm3, melting point 1800°C, thermal conductivity λ=15.24W/(M.K), tensile strength σ b=539MPa, elongation: δ =25% , area shrinkage ψ=25%, elasticity modulus E=1.078×105MPa, hardness HB195

Titanium Alloy

C'est un alliage à base de titane et additionné d'autres éléments. C'est un métal relativement jeune, avec une histoire de seulement soixante ou soixante-dix ans depuis sa découverte. Les matériaux en alliage de titane ont les caractéristiques de légèreté, de haute résistance, de faible élasticité, de résistance aux températures élevées et de résistance à la corrosion. Ils sont principalement utilisés dans les moteurs aérospatiaux, les fusées, les missiles et autres composants. Le titane possède deux cristaux isomorphes. Le titane est un isomère dont le point de fusion est de 1 720 °C. Il présente une structure de réseau cristallin hexagonal compact lorsqu'elle est inférieure à 882°C, appelée alpha-titane ; il a une structure centrée sur le corps au-dessus de 882°C. La structure en réseau cubique, appelée bêta-titane, utilise les différentes caractéristiques des deux structures de titane ci-dessus, ajoute des éléments d'alliage appropriés et modifie progressivement sa température de transformation de phase et sa teneur en phase pour obtenir des alliages de titane avec des structures différentes.

Qualités de titane

1re année

Il s’agit de la première des quatre qualités de titane industriellement pur. C’est la plus douce et la plus malléable de ces qualités. Il offre une formabilité maximale, une excellente résistance à la corrosion et une résistance élevée aux chocs. Le grade 1 est le matériau de choix pour toute application nécessitant une facilité de formabilité et est couramment utilisé comme plaque de titane et tube en titane.

2e année

En raison de sa diversité et de sa large disponibilité, le titane de grade 2 est connu comme le « cheval de bataille » de l’industrie commerciale du titane pur. Il possède bon nombre des mêmes qualités que le titane Grade 1, mais il est légèrement plus résistant. Les deux sont également résistants à la corrosion. Cette nuance offre une bonne soudabilité, résistance, ductilité et formabilité. Cela fait des tiges et plaques en titane de grade 2 le premier choix pour de nombreuses applications telles que la construction, la production d'électricité et l'industrie médicale.

3e année

Cette qualité est la moins utilisée parmi les qualités de titane commercialement pures, mais cela ne la rend pas moins précieuse. Le grade 3 est plus résistant que les grades 1 et 2, similaire en termes de ductilité et légèrement moins malléable. – mais il possède une mécanique supérieure à celle de ses prédécesseurs. Le grade 3 est utilisé dans les applications nécessitant une résistance modérée et une résistance primaire à la corrosion, telles que l'aérospatiale, le traitement chimique, les industries maritimes, etc.

Niveau 4

Il est considéré comme le plus résistant des quatre types de titane commercialement pur. Il est également connu pour son excellente résistance à la corrosion, sa bonne formabilité et sa soudabilité. Utilisé dans certains composants du fuselage, récipients cryogéniques, échangeurs de chaleur et autres applications nécessitant une haute définition.

7e année

Mécaniquement et physiquement identique au grade 2, sauf que l'élément interstitiel palladium a été ajouté pour en faire un alliage. Le grade 7 offre une excellente soudabilité et maniabilité et est le plus résistant à la corrosion de tous les alliages de titane. C’est pourquoi il est principalement utilisé comme composant dans les processus chimiques et les équipements de production.

11e année

Très similaire au grade 1, sauf qu'une petite quantité de palladium est ajoutée pour améliorer la résistance à la corrosion, ce qui en fait un alliage. Cette résistance à la corrosion peut être utilisée pour prévenir la corrosion caverneuse et réduire les acides dans les environnements chlorés. D'autres propriétés utiles incluent une ductilité optimale, une formabilité à froid, une résistance utile, une résistance aux chocs et une excellente soudabilité. Cet alliage peut être utilisé dans les mêmes applications de titane que le grade 1, en particulier là où la corrosion est requise.

Niveau 5

Known as the “workhorse” of titanium alloys, Ti6Al-4V or Grade 5 titanium is the most commonly used of all titanium alloys. It accounts for 50% of the world’s total titanium consumption. Its usability lies in its many benefits. Ti6Al-4V can be heat treated to increase its strength. It can be used in welded structures at service temperatures up to 600°F. The alloy combines high strength with light weight, useful formability and high corrosion resistance. The availability of Ti6AI-4V makes it the best alloy for use in multiple industries such as aerospace, medical, marine and chemical processing industries.

23e année

Ti 6AL-4V ELI or Grade 5 ELI grade is a higher purity form of Ti 6Al-4V. It can be made into coils, strands, wires or flat wires. It is the first choice for any situation where high strength, light weight, good corrosion resistance and high toughness are required. It has excellent damage tolerance to other alloys. These advantages make Ti 6Al-4V ELI grade the ultimate dental and medical titanium grade. Due to its biocompatibility, good fatigue strength and low modulus, it can be used in biomedical applications such as implantable components.

12 e année

C'est un alliage très durable qui offre une grande résistance à haute température. Le titane de grade 12 a des propriétés similaires à celles de l'acier inoxydable de la série 300. L'alliage peut être formé à chaud ou à froid par formage sous presse, hydroformage, formage par étirage ou par la méthode de chute de poids. Sa capacité à se former de diverses manières le rend utile dans de nombreuses applications. La haute résistance à la corrosion de l’alliage le rend également inestimable pour les équipements de fabrication où la corrosion caverneuse est un problème.

9e année

Il est fabriqué en titane pur avec environ 3 % d'aluminium et environ 2,5 % de vanadium ajoutés. Cet alliage présente généralement une excellente résistance à la corrosion, une résistance élevée et de bonnes propriétés de soudage. L'alliage de titane Gr9 est largement utilisé dans l'aérospatiale, la construction navale, les équipements chimiques et d'autres domaines, en particulier lorsque des matériaux hautes performances sont requis dans des environnements à haute température et corrosifs. Les propriétés de l'alliage de titane Gr9 en font un matériau structurel idéal qui peut être utilisé pour fabriquer une variété de pièces et de composants.

Marchés d'application du titane

1. Aérospatiale

Le titane métal est largement utilisé dans la fabrication de structures d’avions et de pièces de moteurs, telles que les fuselages d’avions, les pales de moteurs, etc.
Ses propriétés légères et de haute résistance permettent aux avions de réduire leur poids, d'améliorer leur efficacité énergétique et d'améliorer leur durabilité et leur sécurité.

2. Médical

Le titane métallique est utilisé pour fabriquer des dispositifs médicaux tels que des implants osseux, des articulations artificielles et des équipements de restauration dentaire.
Sa biocompatibilité et sa résistance à la corrosion font du titane l’un des matériaux les plus idéaux dans le domaine médical.

3. Industrie automobile

Dans la construction automobile, le titane est utilisé pour fabriquer des composants légers tels que des systèmes d'échappement, des composants de suspension et des structures de carrosserie.
La conception légère peut améliorer le rendement énergétique, les performances énergétiques et la sécurité de la voiture.

4. Génie maritime

L’application du titane métallique dans l’ingénierie océanique implique le dessalement, l’exploration océanique et les pipelines sous-marins.
Sa résistance à la corrosion et à la corrosion par l’eau de mer font du titane un matériau idéal pour les environnements marins.

5. Fabrication d'articles de sport

Le titane est utilisé pour fabriquer des articles de sport haut de gamme tels que des clubs de golf, des cadres de vélo et des raquettes de tennis.
Sa haute résistance, sa légèreté et sa résistance à la corrosion confèrent aux produits en titane d'excellentes performances et durabilité.

6. Industrie

Le titane métallique est utilisé dans l’industrie pour fabriquer des équipements chimiques, des outils de forage pétrolier et des équipements de transmission de puissance.
Sa durabilité à haute température et sa résistance à la corrosion rendent le titane métallique prometteur pour une utilisation dans des environnements industriels difficiles.

Quelques faits intéressants sur le titane

1. The chemical symbol of titanium is Ti, the atomic number is 22.
2. Titanium is the 9^th most abundant element in the Earth’s crust.
3. The name titanium comes from the Titans in Greek mythology.
4. Titanium does not occur in nature as a metal.
5. Titanium is the only metal that can bond and grow with human bones.
6. The natural color of titanium is silvery white.
7. Titanium is not magnetic.
8. Titanium has a high melting point, about 1,668 degrees Celsius (3,034 degrees Fahrenheit)
9. Titanium won’t rust.
10. Titanium is non-toxic.
11. China is the largest titanium producer in the world.