alliage de titane α+β

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alliage de titane α+β


L'alliage de titane α+β est un type d'alliage de titane entre le type α et le type β, contenant à la fois des éléments qui stabilisent la phase α (tels que l'aluminium et l'étain) et des éléments qui stabilisent la phase β (tels que le molybdène, le vanadium, le chrome, le fer, le manganèse, etc.). La microstructure de ce type d'alliage peut être ajustée par traitement thermique de sorte qu'il présente à la fois la bonne résistance à la corrosion et la stabilité thermique des alliages de type α et la résistance élevée et les bonnes propriétés de traitement des alliages de type β.


La résistance après traitement thermique est environ 50 à 100 % supérieure à celle de l'état de recuit ; il a une résistance élevée à haute température et peut fonctionner pendant une longue période à 400 à 500 ℃, et sa stabilité thermique est la deuxième après l'alliage de titane α.


Les caractéristiques de l'alliage de titane α+β le rendent largement utilisé dans l'aérospatiale, la construction navale, l'industrie chimique, le traitement médical, les équipements sportifs et d'autres domaines. Les principales caractéristiques comprennent :

Résistance spécifique plus élevée (rapport résistance/densité)

Excellente résistance à la fatigue

Bonne plasticité et aptitude au traitement

Ajustement des propriétés par traitement thermique

Excellente résistance à la corrosion, notamment dans l'eau de mer et les environnements acides

Bonne soudabilité

Ténacité à la rupture relativement faible (par rapport aux alliages bêta purs)

Peut toujours conserver une bonne résistance dans un environnement à haute température (mais inférieure à celle de l'alliage α)


Ingrédients typiques


Les éléments d'alliage de l'alliage de titane α+β comprennent principalement :

éléments stabilisateurs de phase α : Al (aluminium), Sn (étain)

Éléments stabilisateurs de phase β : Mo (molybdène), V (vanadium), Cr (chrome), Fe (fer), Mn (manganèse), Zr (zirconium), etc.


Traitement thermique et microstructure


Les propriétés de l'alliage de titane α+β peuvent être ajustées par différentes méthodes de traitement thermique, principalement :

1. Traitement de solution + traitement de vieillissement

• Améliorer la résistance de l’alliage

• Favorise la dispersion et la précipitation de la phase β et améliore la ténacité

2. Recuit

• Libère le stress de traitement et améliore la plasticité

• Résistance améliorée à l’oxydation et au fluage

3. Double recuit

• Ajuster la microstructure à travers différentes étapes de température pour améliorer les performances en fatigue


Microstructure : Présente généralement une structure biphasée α+β, dans laquelle la phase α est généralement une structure équiaxe et la phase β est distribuée autour de la phase α ou dans une structure en réseau. Le rapport et la morphologie de la phase α/β peuvent être manipulés par traitement thermique pour optimiser les propriétés mécaniques.


Propriétés mécaniques


Les propriétés mécaniques des alliages de titane α+β varient selon les différentes méthodes de traitement thermique. Voici les propriétés mécaniques typiques du Ti-6Al-4V :


Propriétés mécaniques

Numérique

Densité (g/cm³)

4.4 5

Résistance à la traction (MPa)

900-1100

Limite d'élasticité (MPa)

830-980

Allongement (%)

10-14

Module d'élasticité (GPa)

110-120

Dureté (HRC)

30-38



Domaines d'application


L'alliage de titane α+β est largement utilisé dans :

Aérospatiale : structures de fuselage d'avion, composants de moteurs (tels que les aubes de turbine, les disques de soufflante)

Construction navale : coque sous-marine, arbre d'hélice

Industrie automobile : Bielles et systèmes de suspension pour voitures de course et de haute performance

Dispositifs médicaux : articulations artificielles, implants orthopédiques

Articles de sport : clubs de golf, supports à vélos

Equipements chimiques : échangeurs de chaleur, pompes et vannes résistants à la corrosion


Introduction d'alliage typique

1. Ti-6Al-4V (TC4)

• L'alliage de titane α+β le plus courant

• Bonne résistance, plasticité, résistance à la corrosion et soudabilité

• Largement utilisé dans l'aérospatiale, l'équipement médical, l'industrie chimique, etc.

2. Ti-6Al-6V-2Sn

• Résistance supérieure pour les environnements à forte charge

• Cependant, la plasticité est légèrement médiocre et elle n'est pas adaptée à un traitement trop complexe

3. Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo

• Meilleure résistance aux hautes températures et au fluage

• Convient aux moteurs d’avion et aux pièces soumises à des températures élevées


Performances de traitement


Les performances de traitement de l'alliage de titane α+β sont relativement bonnes, mais il convient néanmoins de noter :

Découpe : En raison de la faible conductivité thermique de l'alliage de titane, des arêtes rapportées et une usure de l'outil sont facilement générées lors de l'usinage. Il est recommandé d'utiliser des outils en carbure revêtu et d'adopter des paramètres de coupe à faible vitesse et à vitesse d'avance élevée.

Performances de soudage : Bonnes, le soudage TIG, le soudage par faisceau d'électrons, le soudage laser et d'autres procédés peuvent être utilisés, mais ils doivent être opérés sous protection de gaz inerte pour éviter l'oxydation.

Formage à chaud : Convient au forgeage à chaud et au laminage à chaud, mais la température est strictement contrôlée, généralement réalisée à 750-950℃.


Comparaison avec d'autres alliages de titane


Classification

Ingrédients

Caractéristiques de la microstructure


Caractéristiques de performance

Alliage de titane α

Alliage de titane α tout

Contient moins de 6 % d'aluminium et une petite quantité d'éléments neutres


Après recuit, à l'exception d'une petite quantité de phase β causée par des éléments d'impureté, presque tous sont en phase α .


Faible densité, bonne résistance thermique, bonnes performances de soudage, faible teneur en éléments interstitiels, bonne ténacité à très basse température


Alliage de titane quasi-alpha

En plus de l'aluminium et d'une petite quantité d'éléments neutres, il existe également de petites quantités (< 4 %) d'éléments bêta-stabilisants


Après recuit, en plus d'une grande quantité de phase α , il y a également une petite quantité (environ 10 % en volume) de phase β.

Il peut être traité thermiquement et renforcé, présente une bonne résistance thermique et une bonne stabilité thermique, ainsi que de bonnes performances de soudage.

Alliage de titane composé α+

Ajoutez une petite quantité d'éléments eutectoïdes actifs à l'alliage de titane tout-a

Après recuit, en plus d'une grande quantité de phase α, il y a également une petite quantité (environ 10 % en volume) de phase B et de composés intermétalliques.

Contient une certaine quantité d'aluminium et différentes quantités d'éléments β et d'éléments neutres

Il a un effet de renforcement par précipitation, améliore la résistance à la traction à température ambiante et à haute température et la résistance au fluage, et présente de bonnes performances de soudage.


alliage de titane α+β

Contient une certaine quantité d'aluminium et différentes quantités d'éléments β et d'éléments neutres

Après recuit, il existe différentes proportions de phase a et de phase β

Il peut être renforcé par traitement thermique, et sa résistance et sa trempabilité augmentent avec l'augmentation des éléments stabilisants bêta. Il a une bonne soudabilité, mais a généralement de faibles capacités de formage et de travail à froid. L'alliage TC4ELI présente une bonne ténacité à très basse température et une bonne tolérance aux dommages après traitement.


Alliage de titane β

Alliage de titane bêta résistant à la chaleur

Contient de grandes quantités d'éléments bêta thermostables et parfois de petites quantités d'autres éléments

Après recuit, tous sont en phase β

Résistance à basse température ambiante, fortes capacités de formage et de traitement à froid, bonne résistance à la corrosion dans les milieux réducteurs, bonne stabilité thermique et soudabilité

Alliage de titane β métastable


Contient des éléments β-stables au-dessus de la concentration critique, une petite quantité d'aluminium (pas plus de 3 %) et des éléments neutres


Après un traitement de mise en solution (trempe à l'eau ou refroidissement à l'air) de la région de la phase β, presque tous sont des phases β métastables. Au cours du vieillissement, la phase α précipite dans la phase β, et après vieillissement, la phase β et la phase α se forment.

Après le traitement de mise en solution, la résistance à température ambiante est faible, la capacité de formage et de traitement à froid est forte et la soudabilité est bonne ; après vieillissement, la résistance à température ambiante est élevée et il a une ténacité à la rupture élevée à une limite d'élasticité élevée. La stabilité thermique est faible au-dessus de 350 ℃ et il a une bonne trempabilité.


Alliage de titane proche du β

Contient des éléments β-stabilisants autour de la concentration critique, ainsi qu'une certaine quantité d'éléments centraux et d'aluminium

Après le traitement en solution de la région de phase β, il existe une grande quantité de phase β métastable et une petite quantité d'autres phases métastables. Après vieillissement, il s'agit de la phase β et de la phase α


Outre les caractéristiques de l'alliage de titane β métastable, la région de phase β présente une faible limite d'élasticité et un allongement élevé après traitement en solution solide. Traitement de solution solide dans la région de phase ( α +β), WQ ou AC, après vieillissement, la ténacité à la rupture et la plasticité sont bonnes dans l'état de résistance élevée ; traitement de solution solide dans la région de phase ( α +β), FC peut obtenir une ténacité à la rupture et une plasticité élevées dans l'état de résistance moyenne





Résumer


L'alliage de titane α+β est le type d'alliage de titane le plus utilisé, combinant résistance, résistance à la corrosion, usinabilité et adaptabilité au traitement thermique, en particulier le Ti-6Al-4V est devenu un alliage standard industriel. Il est idéal pour les applications nécessitant une résistance spécifique élevée, une résistance à la corrosion et une soudabilité.