Alliage de titane β

Alliage de titane β

Aperçu

L'alliage de titane β est basé sur des éléments stabilisateurs β (tels que Mo, V, Nb, Cr, Fe, etc.) comme principaux éléments d'alliage. Il présente une stabilité de phase β élevée et peut maintenir une structure de phase β unique dans certaines conditions. Il présente une résistance élevée même sans traitement thermique. L'alliage est encore renforcé après trempe et vieillissement, et la résistance à température ambiante peut atteindre 1372~1666MPa ; mais sa stabilité thermique est médiocre et il ne convient pas à une utilisation à haute température.

• Phase α : La phase α du titane est un réseau hexagonal compact (structure HCP), qui se caractérise par une résistance élevée, une dureté, de bonnes performances à haute température et une résistance à la corrosion. L'alliage de titane α est généralement composé principalement de titane pur ou de phase α d'alliage de titane, et sa structure en treillis lui permet de présenter d'excellentes performances à haute température et dans des environnements difficiles.

• Phase β : La phase β du titane est un réseau cubique centré (structure BCC), qui présente une meilleure plasticité, mais sa résistance à haute température est légèrement inférieure à celle de la phase α.

Qu'est-ce qu'un élément β-stabilisant ?

Les éléments qui se dissolvent préférentiellement dans la phase β, abaissent la température de transformation allotropique et élargissent la région de la phase β sont des éléments β-stabilisateurs. Selon les caractéristiques de leur interaction avec le titane, ils sont divisés en deux types : isomorphes β et eutectoïdes B.

(1) Les éléments stabilisateurs β-isomorphes sont dissous à l'infini dans le β-titane et, à mesure que les éléments solutés augmentent, la température de transformation allotropique diminue progressivement, y compris le molybdène, le vanadium, le tantale et le niobium.

(2) En plus d'abaisser la température de transformation des hétéromorphes similaires, les éléments stabilisateurs eutectoïdes ont également un effet de transformation eutectoïde. La phase β se décompose en eutectique pour former une phase α et des composés intermétalliques. Selon la différence de vitesse de réaction eutectoïde, on peut le diviser en deux types : les éléments eutectoïdes lents (fer, chrome et manganèse) ; les éléments eutectoïdes actifs (cuivre et silicium). La transformation eutectoïde est extrêmement rapide et ne peut pas être supprimée par extinction, de sorte que la phase β ne peut pas être stabilisée à température ambiante.

Comparé aux alliages de titane α et α+β, l'alliage de titane β présente les caractéristiques importantes suivantes :

• Haute résistance et haute ténacité : l'alliage de titane β peut obtenir une résistance élevée (plus de 1400 MPa) grâce au traitement thermique tout en conservant une bonne plasticité et une bonne ténacité.

• Excellentes performances de traitement à chaud : l'alliage de titane β présente une bonne plasticité à haute température et peut être traité par forgeage à chaud, laminage à chaud, extrusion, étirage, etc., et convient à la préparation de composants volumineux et complexes.

• Bonnes performances de soudage : Comparé aux alliages α et α+β, l'alliage de titane β est moins sensible au soudage et convient au soudage au laser, au soudage par faisceau d'électrons, au soudage au gaz inerte au tungstène, etc.

• Haute trempabilité et capacité de traitement thermique : peut être durci en solution et durci par vieillissement pour obtenir d'excellentes propriétés mécaniques.

• Module d'élasticité inférieur : inférieur à celui de l'acier et de l'alliage de titane α+β, adapté à une utilisation dans les matériaux d'implants biologiques, les composants élastiques et d'autres domaines.

Alliages de titane β courants et leurs compositions

Les alliages de titane β ajoutent généralement des éléments stabilisateurs β pour maintenir la stabilité de la phase β. Les alliages courants comprennent :

Microstructure et traitement thermique de l'alliage de titane β

L'alliage de titane β peut obtenir différentes structures et propriétés dans différentes conditions de traitement thermique.

(1) Méthode de traitement thermique

• Traitement par solution (ST) :

• Objectif : Améliorer la plasticité et la trempabilité

• Température : 750~900℃ (légèrement différente selon les alliages)

• Structure : Structure de phase β uniforme

• Vieillissement :

• Objectif : Améliorer la résistance grâce au renforcement par précipitation

• Température : 450~650℃

• Organisation : La phase α secondaire précipite sur la matrice β pour améliorer la résistance

• Double traitement thermique (DHT )

• Premier traitement de mise en solution à haute température, puis vieillissement à basse température pour obtenir les meilleures performances globales

(2) Organisations typiques

La structure de l'alliage de titane β varie considérablement en fonction de la vitesse de refroidissement et des conditions de traitement thermique, principalement comme suit
:

• Structure β complète : obtenue après refroidissement de la solution, avec une plasticité élevée, adaptée à la transformation du plastique.

• Structure β+α″ : Après un refroidissement rapide (comme une trempe à l'eau), une partie du β se transforme en martensite α″, qui présente une dureté élevée.

• Structure β+α+ω : les phases α et ω précipitent après traitement de vieillissement, améliorant la résistance.