tubes en alliage de titane et autres matériaux en titane

1, petite densité, haute résistance, haute résistance spécifique

  La densité du titane est de 4,51 g / cm3, soit 57% de l'acier, soit seulement un peu plus de la moitié de l'acier, moins du double de celle de l'aluminium et trois fois plus résistante que l'aluminium. La résistance spécifique de l'alliage de titane est la plus importante parmi les alliages industriels couramment utilisés. La résistance spécifique de l'alliage de titane est 3,5 fois celle de l'acier inoxydable, 1,3 fois celle de l'alliage d'aluminium et 1,7 fois celle de l'alliage de magnésium. C'est donc un matériau de structure indispensable pour l'industrie aérospatiale.

  La densité et la résistance spécifique du titane et d'autres métaux sont comparées dans le tableau 1-1.

   Tableau 1-1 Comparaison de la densité et de la résistance spécifique entre le titane et d'autres métaux

Métal Titane (alliage) Fer Aluminium (alliage) Magnésium (alliage) Acier à haute résistance

Densité / (g · cm-3) Résistance spécifique 4,5 (29) 7,87 - 2,7 (21) 1,74 (16) - 23

 

  2, excellente résistance à la corrosion

  La passivation du titane dépend de l'existence d'un film d'oxyde. Sa résistance à la corrosion dans les milieux oxydants est bien meilleure que celle des milieux réducteurs, et une corrosion à vitesse élevée peut se produire 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 le milieu qui réagit avec le titane pour produire de l'hydrogène (comme l'acide chlorhydrique et l'acide sulfurique), le titane a généralement une vitesse de corrosion plus élevée. Cependant, si une petite quantité d'oxydant est ajoutée à l'acide, le titane formera un film de passivation. Par conséquent, le titane est résistant à la corrosion dans un mélange d'acide sulfurique-acide nitrique ou d'acide chlorhydrique-acide nitrique, même dans l'acide chlorhydrique contenant du chlore libre. Le film protecteur d'oxyde de titane se forme souvent lorsque le métal touche l'eau, même en présence d'une petite quantité d'eau ou de vapeur d'eau. Si le titane est exposé à un environnement fortement oxydant sans eau du tout, il peut s'oxyder rapidement et produire une réaction de combustion violente, souvent spontanée. Ce type de comportement s'est produit dans la réaction du titane avec de l'acide nitrique fumant contenant des oxydes d'azote excessifs et du titane avec du chlore gazeux sec. Cependant, pour éviter l'apparition de réactions dans cet état, une certaine quantité d'eau est nécessaire. réaction de combustion souvent spontanée. Ce type de comportement s'est produit dans la réaction du titane avec de l'acide nitrique fumant contenant des oxydes d'azote excessifs et du titane avec du chlore gazeux sec. Cependant, pour éviter l'apparition de réactions dans cet état, une certaine quantité d'eau est nécessaire. réaction de combustion souvent spontanée. Ce type de comportement s'est produit dans la réaction du titane avec de l'acide nitrique fumant contenant des oxydes d'azote excessifs et du titane avec du chlore gazeux sec. Cependant, pour éviter l'apparition de réactions dans cet état, une certaine quantité d'eau est nécessaire.

  3, bonne résistance à la chaleur

   En général, l'aluminium perd ses propriétés mécaniques supérieures d'origine à 150 ° C et l'acier inoxydable à 310 ° C, tandis que les alliages de titane conservent encore 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 du mécanisme de l'avion atteint 230 ° C. Les alliages d'aluminium et de magnésium ne peuvent plus être utilisés, tandis que les alliages de titane peuvent répondre aux exigences. Le titane a une bonne résistance à la chaleur. Il convient aux disques et aubes de turbine des compresseurs de moteurs d'avion et à la peau du fuselage arrière des avions.

  4, bonnes performances à basse température

  La résistance de certains alliages de titane (comme le Ti-5Al-2.5SnELI) augmente avec la diminution de la température, mais la plasticité n'est pas beaucoup réduite. Il a toujours une bonne ductilité et une bonne ténacité à basses températures, et convient pour une utilisation à des températures ultra-basses. Il peut être utilisé sur des moteurs de fusée à hydrogène liquide et à oxygène liquide, ou comme conteneurs à très basse température et réservoirs de stockage sur des engins spatiaux habités.

  5, non magnétique

  Le titane est non magnétique. Il est utilisé dans les obus de sous-marins et ne provoquera pas d'explosions de mines.

  6, petite conductivité thermique

  La conductivité thermique du titane et d'autres métaux est comparée dans le tableau suivant:

Métal Ti Al Fe Cu

Conductivité thermique / W · (m · K) 17212 85255

 

  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 utilisée dans certaines situations.

  7, le module d'élasticité est petit

Métal Ti Al Fe

Module d'élasticité / GPa 108 72196

 

  Le module d'élasticité du titane est d'environ 55% de celui du fer. Lorsqu'il est utilisé comme matériau de structure, le faible module d'élasticité est un inconvénient.

   8. La résistance à la traction est proche de la limite d'élasticité

  L'alliage de titane Ti-6Al-4V a une résistance à la traction de 960Mpa et une limite d'élasticité de 892MPa. La différence entre les deux n'est que de 58Mpa.

  La comparaison entre la résistance à la traction et la limite d'élasticité du titane et d'autres métaux est présentée dans le tableau suivant:

Alliage de titane de force (Ti-6Al-4V) alliage d'aluminium en acier inoxydable 18-8

Résistance à la traction 960608470

Limite d'élasticité 892255294

 

   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 prendre soin d'éviter l'oxydation et l'absorption d'hydrogène. Le soudage du titane doit être effectué sous protection à l'argon pour éviter toute contamination. Les tubes en titane et les plaques minces doivent être traités thermiquement sous vide, et les pièces forgées en titane doivent être contrôlées avec une atmosphère micro-oxydante pendant le traitement thermique.

  10, faible résistance d'amortissement

Utilisez du titane et d'autres matériaux métalliques (cuivre, acier) pour fabriquer des horloges exactement de la même forme et de la même taille. Si vous frappez chaque horloge avec la même force, vous constaterez que l'horloge en titane oscille et que le son dure longtemps. L'énergie donnée à la cloche en frappant ne disparaît pas facilement.

  Fonctions spéciales des matériaux traités en titane et alliage de titane:

  11, fonction de mémoire de forme

  Alliage Ti-50% Ni (fraction atomique), dans certaines conditions de température, il a la capacité de restaurer sa forme d'origine, il est donc appelé alliage à mémoire de forme en titane.

  12, fonction supraconductrice

  Alliage NbTi, lorsque la température tombe à près du zéro absolu, le fil en alliage NbTi perd de sa résistance et peut laisser passer des courants arbitrairement importants. Le fil ne génère pas de chaleur et ne consomme pas d'énergie. Par conséquent, l'alliage NbTi est appelé un matériau supraconducteur.

  13, fonction d'absorption d'hydrogène

  L'alliage Ti-50% Fe (fraction atomique) a la capacité d'absorber l'hydrogène en grande quantité. En utilisant cette caractéristique de l'alliage Ti-Fe, l'hydrogène peut être stocké en toute sécurité, c'est-à-dire que les bouteilles de gaz haute pression en acier ne sont pas nécessairement utilisées pour stocker l'hydrogène. Dans certaines conditions, l'alliage Ti-Fe de stockage d'hydrogène peut également libérer de l'hydrogène, il est donc appelé matériau de stockage d'hydrogène. 

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