Ti-6Al-4V ELI (Grade 23) Alliage de Titane

Introduction à Ti-6Al-4V ELI

Ti-6Al-4V ELI (Extra Low Interstitial, éléments interstitiels ultrabasses) est une version améliorée de Ti-6Al-4V (Grade 5), un alliage de titane à deux phases α+β. Sa caractéristique principale est que, par rapport au Ti-6Al-4V standard, le grade ELI contient moins d’impuretés telles que l’oxygène, le carbone, l’azote, le fer, etc., ce qui améliore la ténacité, la résistance à la fatigue et la résistance aux fissures. Grâce à ses excellentes propriétés de biocompatibilité, mécaniques et de résistance à la corrosion, Ti-6Al-4V ELI est largement utilisé dans les domaines médicaux, aérospatiaux et de fabrication industrielle avancée.

La teneur ultralow en éléments interstitiels confère à Ti-6Al-4V ELI un avantage par rapport au Ti-6Al-4V standard, ce qui le rend particulièrement adapté aux applications nécessitant une haute ténacité à la fracture et une bonne résistance à la fatigue.

Composition chimique de Ti-6Al-4V ELI

La composition chimique de Ti-6Al-4V ELI répond aux normes ASTM F136, ASTM B348, AMS 4907, etc., et est la suivante (unité : %):

• Ti : solde

• Al : 5.5–6.5

• V : 3.5–4.5

• O ≤ 0.13

• C ≤ 0.08

• N ≤ 0.03

• H ≤ 0.0125

• Fe ≤ 0.25

Comparé au Ti-6Al-4V (Grade 5) standard, le grade ELI a une teneur en oxygène plus faible (0,13 % contre 0,20 %) et un contrôle plus strict des éléments interstitiels tels que l’azote et l’hydrogène.

Propriétés physiques de Ti-6Al-4V ELI

• Densité : 4.44 g/cm³

• Point de fusion : 1604-1660°C

• Module d’élasticité : 110 GPa

• Conductivité thermique : 6.6 W/m·K

• Capacité calorifique spécifique : 560 J/kg·K

• Résistivité électrique : 1.63×10⁻⁶ Ω·m

La combinaison de faible densité et de haute résistance fait de Ti-6Al-4V ELI un choix idéal pour les applications aérospatiales et les implants médicaux.

Propriétés mécaniques de Ti-6Al-4V ELI

Les propriétés mécaniques de Ti-6Al-4V ELI sont supérieures à celles de Ti-6Al-4V (Grade 5) standard, notamment en ce qui concerne la ténacité à basse température et la résistance à la fatigue.

Ti-6Al-4V ELI conserve une bonne ténacité même à basse température, ce qui le rend adapté aux applications dans des environnements à basse température, tels que les fonds marins et l’aérospatiale.

Caractéristiques principales de Ti-6Al-4V ELI

1. Haute résistance, faible densité

• Sa résistance est plus élevée que celle de la plupart des alliages d’acier, mais sa densité n’est que d’environ 57 % de celle de l’acier, ce qui en fait un matériau idéal pour des applications légères et résistantes.

2. Excellente résistance à la corrosion

• Il présente une excellente résistance à la corrosion dans des milieux tels que l’eau de mer, les environnements acides et les liquides physiologiques, ce qui le rend particulièrement adapté pour les implants médicaux et l’ingénierie marine.

3. Excellente biocompatibilité

• Grâce à sa faible toxicité, sa résistance à la corrosion physiologique et sa bonne compatibilité tissulaire, Ti-6Al-4V ELI est largement utilisé dans les implants orthopédiques et dentaires, tels que les prothèses articulaires, les plaques osseuses et les implants dentaires.

4. Excellente ténacité et résistance à la fatigue

• Grâce à sa faible teneur en éléments interstitiels (O, N, C, H, etc.), Ti-6Al-4V ELI offre une meilleure ténacité à la fracture et une meilleure résistance à la fatigue que le Grade 5, en particulier dans des environnements à basse température et sous des charges cycliques élevées.

5. Bonne machinabilité

• Il est adapté à des procédés tels que le forgeage, l’usinage et l’impression 3D (SLM/EBM), ce qui permet de répondre à différents besoins de traitement.

Domaines d’application de Ti-6Al-4V ELI

1. Implants médicaux

• Orthopédie : Prothèses articulaires (hanches, genoux), dispositifs de fixation osseuse, implants pour la colonne vertébrale

• Dentisterie : Implants dentaires, bridges dentaires, appareils orthodontiques

• Cardiovasculaire : Stents pour valves cardiaques, dispositifs médicaux implantables

• Instruments chirurgicaux : Couteaux de chirurgie, scies osseuses, pinces, etc.

2. Aérospatiale

• Composants de structure de fuselage, pièces de moteur (par exemple, rotors, pales de ventilateur)

• Composants de connecteurs de vaisseaux spatiaux, structures porteuses

• Composants de sondes spatiales, composants de satellites

3. Industrie de haute technologie

• Ingénierie marine : Coques de submersibles, composants de connecteurs de pipelines sous-marins

• Équipements sportifs : Cadres de vélos haut de gamme, clubs de golf

• Fabrication automobile : Composants de voitures de course, tels que les composants de suspension, les disques de frein, etc.

Considérations de formage et de traitement

1. Usinage

• Ti-6Al-4V ELI durcit pendant l’usinage, il est donc recommandé d’utiliser des outils tranchants (tels que des outils en carbure de tungstène).

• Il est conseillé d’utiliser des vitesses faibles, des vitesses d’avance élevées et des liquides de refroidissement pour réduire l’usure des outils.

2. Soudage

• Le soudage TIG, le soudage laser et le soudage par faisceau d’électrons sont possibles, mais doivent être réalisés dans un environnement sous vide ou protégé par un gaz inerte pour éviter l’oxydation.

3. Traitement thermique

• Recuit : Maintenir entre 700-850°C pendant 1 à 2 heures pour améliorer la ténacité et la machinabilité.

• Solution + vieillissement : Solubiliser à 940-970°C et refroidir rapidement, puis vieillir entre 500-600°C pour améliorer la résistance.

4. Impression 3D

• Ti-6Al-4V ELI est adapté à la fabrication additive par fusion laser sélective (SLM) et fusion par faisceau d’électrons (EBM), idéale pour la fabrication de pièces à structures complexes.

Comparaison Ti-6Al-4V ELI vs Ti-6Al-4V (Grade 5)

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