Le titane est un élément de numéro atomique 22 dans le tableau périodique. C’est un élément de sous-groupe de la quatrième période, c’est-à-dire le drapeau IVB. En plus du titane, ce groupe d’éléments comprend également le zirconium et le hafnium. Sa caractéristique commune est qu’il a un point de fusion élevé et se trouve à sa surface à température ambiante. Un film d’oxyde stable se forme....
Le titane est un élément de numéro atomique 22 dans le tableau périodique. C’est un élément de sous-groupe de la quatrième période, c’est-à-dire le drapeau IVB. En plus du titane, ce groupe d’éléments comprend également le zirconium et le hafnium. Sa caractéristique commune est qu’il a un point de fusion élevé et se trouve à sa surface à température ambiante. Un film d’oxyde stable se forme.
1. Dix caractéristiques du titane
(1) Faible densité, haute résistance et haute résistance spécifique
La densité du titane est de 4,51 g / cm3, soit 57% de l’acier. Le titane est moins de deux fois plus lourd que l’aluminium et trois fois plus résistant que l’aluminium. La résistance spécifique (rapport résistance/densité) de l’alliage de titane est la plus importante dans les alliages industriels courants (voir tableau 2-1). La résistance spécifique de l’alliage de titane est 3,5 fois supérieure à celle de l’acier inoxydable; 1,3 fois celui de l’alliage d’aluminium; 1,7 fois celui de l’alliage de magnésium, c’est donc un matériau structurel indispensable pour l’industrie aérospatiale.
Tableau 2-1 Comparaison de la masse volumique et de la résistance spécifique entre le titane et d’autres métaux
(2) Excellente résistance à la corrosion
La passivation du titane dépend de la présence d’un film d’oxyde, et sa résistance à la corrosion dans un milieu oxydant est bien meilleure que celle dans un milieu réducteur. Des taux élevés de corrosion se produisent dans les milieux réducteurs. Le titane n’est pas corrodé dans certains milieux corrosifs, tels que l’eau de mer, le chlore humide, les solutions de chlorite et d’hypochlorite, l’acide nitrique, l’acide chromique, les chlorures métalliques, les sulfures et les acides organiques. Cependant, dans les milieux qui réagissent avec le titane pour produire de l’hydrogène (comme l’acide chlorhydrique et l’acide sulfurique), le titane a généralement un taux de corrosion plus élevé. Cependant, si une petite quantité d’oxydant est ajoutée à l’acide, un film de passivation se formera à la surface du titane. Par conséquent, le titane est résistant à la corrosion dans les mélanges acide sulfurique-acide nitrique ou acide chlorhydrique-acide nitrique, même dans l’acide chlorhydrique contenant du chlore libre. Le film d’oxyde protecteur de titane se forme souvent lorsque le métal rencontre de l’eau, même dans de petites quantités d’eau ou de vapeur d’eau. Si le titane est exposé à un environnement oxydant fort sans eau du tout, il s’oxydera rapidement et réagira violemment, souvent même spontanément. De tels phénomènes se sont produits dans la réaction du titane avec l’acide nitrique fumant contenant un excès d’oxyde d’azote et avec le chlore sec. Donc, pour éviter de telles réactions, il doit y avoir une certaine quantité d’eau.
(3) Bonne résistance à la chaleur
Habituellement, l’aluminium perd ses propriétés d’origine à 150 ° C, l’acier inoxydable perd ses propriétés d’origine à 310 ° C et les alliages de titane conservent toujours de bonnes propriétés mécaniques à environ 500 ° C. Lorsque la vitesse de l’avion atteint 2,7 fois la vitesse du son, la température de surface de la structure de l’avion atteint 230 ° C, l’alliage d’aluminium et l’alliage de magnésium ne peuvent plus être utilisés et l’alliage de titane peut répondre aux exigences. Le titane a une bonne résistance à la chaleur et est utilisé dans les disques et les pales des compresseurs de moteurs d’avion et dans la peau du fuselage arrière des avions.
(4) Bonnes performances à basse température
La résistance de certains alliages de titane (tels que Ti-5AI-2.5SnELI) augmente avec la diminution de la température, mais la plasticité ne diminue pas beaucoup, et il a toujours une bonne ductilité et ténacité à basse température, ce qui convient à une utilisation à ultra-basse température. Il peut être utilisé sur des moteurs-fusées à hydrogène liquide sec et à oxygène liquide, ou comme conteneurs à ultra-basse température et réservoirs de stockage sur des engins spatiaux habités.
(5) Non magnétique
Le titane est non magnétique, il est utilisé dans les coques de sous-marins et ne provoquera pas l’explosion de mines.
(6) Faible conductivité thermique
La comparaison de la conductivité thermique entre le titane et d’autres métaux est présentée dans le tableau 2-2.
Tableau 2-2 Comparaison de la conductivité thermique entre le titane et d’autres métaux
La conductivité thermique du titane est faible, seulement 1/5 d’acier, 1/13 d’aluminium et 1/25 de cuivre. Une mauvaise conductivité thermique est un inconvénient du titane, mais cette caractéristique du titane peut être exploitée dans certaines applications.
(7) Faible module d’élasticité
La comparaison du module d’élasticité du titane et d’autres métaux est présentée dans le tableau 2-3.
Tableau 2-3 Comparaison du module d’élasticité entre le titane et d’autres métaux
Le module d’élasticité du titane n’est que de 55% de celui de l’acier. Lorsqu’il est utilisé comme matériau structurel, le faible module d’élasticité est un inconvénient.
(8) La résistance à la traction et la limite d’élasticité sont très proches
La résistance à la traction de l’alliage de titane Ti-6AI-4V est de 960MPa et la limite d’élasticité est de 892MPa, la différence entre les deux n’est que de 58MPa, voir tableau 2-4.
Tableau 2-4 Comparaison de la résistance à la traction et de la limite d’élasticité entre le titane et d’autres métaux
(9) Le titane est facilement oxydé à haute température
Le titane a une forte force de liaison avec l’hydrogène et l’oxygène, il faut donc faire attention à prévenir l’oxydation et l’absorption de l’hydrogène. Le soudage au titane doit être effectué sous protection contre l’argon pour éviter toute contamination. Les tubes et les feuilles de titane doivent être traités thermiquement sous vide et une atmosphère micro-oxydante doit être contrôlée pendant le traitement thermique des pièces forgées en titane.
(10) Faibles performances anti-amortissement
Les cloches sont faites de titane et d’autres matériaux métalliques (cuivre, acier) avec exactement la même forme et la même taille. Si vous frappez chaque cloche avec la même force, vous constaterez que la cloche en titane oscille longtemps, c’est-à-dire à travers L’énergie donnée à la cloche n’est pas facilement dissipée par la frappe, nous disons donc que la performance d’amortissement du titane est faible.
