Titane de grade 2 est le célèbre “cheval de bataille” de l'industrie du titane. Que vous soyez un ingénieur chargé de concevoir un échangeur de chaleur ou un responsable de l'approvisionnement en matériaux pour un projet maritime, il est essentiel de comprendre les nuances de ce matériau.
Ce guide complet couvre tous les aspects, des spécifications techniques (normes ASTM) aux conseils de fabrication, pour vous aider à décider si le grade 2 est le bon choix pour votre application.
Qu'est-ce que le titane de grade 2 ?
Titane de grade 2 (UNS R50400) est le plus utilisé. Commercialement pur (CP) qualité de titane. Il s'agit d'un titane non allié, en phase alpha, qui offre un excellent équilibre entre une résistance modérée et une ductilité supérieure.
Les experts du secteur font souvent référence au grade 2 comme étant le “Le grade ”Boucle d'or de la famille CP parce qu'il se situe entre les autres grades :
- Plus fort que le grade 1 : Le grade 1 est doux et principalement utilisé pour les applications d'emboutissage profond.
- Plus facile à former que les grades 3 et 4 : Si les grades 3 et 4 offrent une plus grande résistance, ils deviennent plus fragiles et plus difficiles à former.
- La deuxième année est “juste comme il faut” : Il offre une limite d'élasticité minimale de 275 MPa (40 ksi) tout en conservant une ductilité suffisante pour être formé à froid sans se fissurer.
Spécifications et données techniques
Pour les ingénieurs et les spécialistes du contrôle de la qualité, la précision est essentielle. Le grade 2 est généralement couvert par les principales normes internationales telles que ASTM B265 (feuille/plaque), ASTM B338 (Tubes), et ASTM B348 (Barres).
Composition chimique (Max %)
Les petites quantités d'oxygène et de fer agissent comme des “renforçateurs interstitiels”, ce qui confère au grade 2 ses propriétés uniques.
| Élément | Symbole | Contenu (Max %) |
|---|---|---|
| Titane | Ti | Équilibre |
| Oxygène | O | 0.25 |
| Le fer | Fe | 0.30 |
| Carbone | C | 0.08 |
| Azote | N | 0.03 |
| Hydrogène | H | 0.015 |
Propriétés mécaniques (à température ambiante)
Notez le pourcentage d'élongation élevé (20%), qui indique une excellente aptitude à la mise en forme. avantage essentiel par rapport au titane allié.
| Propriété | Métrique | Impérial |
|---|---|---|
| Résistance à la traction (Min) | 345 MPa | 50 ksi |
| Limite d'élasticité (décalage de 0,2%) | 275 MPa | 40 ksi |
| Élongation | 20% | 20% |
| Dureté (Approx.) | ~145-200 HV | ~160-200 HB |
Propriétés physiques
| Propriété | Valeur | Note |
|---|---|---|
| Densité | 4,51 g/cm³ | ~45% plus léger que l'acier |
| Point de fusion | 1660°C (3020°F) | Excellente tolérance à la chaleur |
| Perméabilité magnétique | Aucun | Non-magnétique |
| Structure cristalline | Alpha (HCP) | Stable à température ambiante |
Pourquoi choisir le grade 2 ? Principaux avantages
Si les données brutes sont impressionnantes, c'est la compréhension des avantages pratiques qui importe pour votre projet. Voici pourquoi le grade 2 est le matériau de prédilection pour applications industrielles.
Résistance supérieure à la corrosion
C'est la principale raison pour laquelle les ingénieurs spécifient le grade 2. Lorsqu'il est exposé à l'oxygène, le titane forme instantanément une couche stable, continue et étroitement adhérente. film d'oxyde. Ce film crée une barrière passive qui protège le métal dans les environnements difficiles :
- Eau de mer et atmosphères marines : Pratiquement insensible à la corrosion par crevasses et aux piqûres jusqu'à 315°C (600°F).
- Chlore humide : Largement utilisé dans les usines de blanchiment du papier et de chlore-alcali.
- Acides : Résiste à de nombreux acides oxydants (comme l'acide nitrique et l'acide chromique) et aux produits chimiques industriels.
Le “roi” du formage à froid
Contrairement à Titane grade 5, Le grade 2 possède d'excellentes propriétés de flexion et d'élasticité, qui sont difficiles à plier à température ambiante et nécessitent souvent un traitement thermique. ductilité.
- Il peut être formé à froid à l'aide de presses plieuses, d'hydropresses et d'équipements de pliage standard.
- Il permet un emboutissage profond et la création de formes complexes telles que des fonds de cuve et des plaques d'échangeur de chaleur sans fissuration.
Rapport résistance/poids élevé
Bien qu'elle ne soit pas aussi résistante que les alliages utilisés dans l'aérospatiale, la nuance 2 présente une limite d'élasticité comparable à celle de nombreux aciers inoxydables courants, tout en étant plus légère. 45% moins. Il est donc parfait pour les applications où les économies de poids sont cruciales, comme les tuyauteries offshore, mais où la résistance extrême (et le coût) du grade 5 n'est pas nécessaire.
Analyse comparative : Grade 2 vs. autres matériaux
Cette section vous aide à résoudre les dilemmes les plus courants en matière d'achat : “Devrais-je acheter la deuxième ou la cinquième année ?”
Grade 2 (CP) vs. Grade 5 (Ti-6Al-4V)
Bien que le grade 5 (Ti-6Al-4V) soit la “norme aérospatiale”, il est souvent utilisé pour la fabrication de pièces de rechange. sur-ingénierie pour les applications industrielles au sol, ce qui entraîne des coûts inutiles.
| Fonctionnalité | Grade 2 (commercialement pur) | Grade 5 (alliage Ti-6Al-4V) |
|---|---|---|
| Attribut principal | Corrosion et formabilité | Haute résistance |
| Limite d'élasticité | ~275 MPa (modéré) | ~828 MPa (très élevé) |
| Formabilité | Excellent (pliable à froid) | Médiocre (retour élastique élevé ; difficile à plier) |
| Soudabilité | Excellent | Bon (mais nécessite plus de soins) |
| Coût | Plus bas | Plus élevé |
Conseil de décision :
- Choisissez le grade 2 si : Vous avez besoin pour souder le matériau à grande échelle, le plier en formes (comme des tubes ou des réservoirs), ou exiger une résistance maximale à la corrosion dans des environnements chimiques.
- Choisissez la 5e année si : La réduction du poids combinée à une résistance structurelle extrême est essentielle (par exemple, pièces de voitures de course, attaches aérospatiales), et il n'est pas nécessaire d'effectuer beaucoup de pliage à froid.
Titane de grade 2 vs. acier inoxydable 316
De nombreux projets passent de De l'acier inoxydable au titane pour des raisons de performance. Voici les trois principaux moteurs :
- Poids : Le titane de grade 2 est approximativement Briquet 45% que l'acier inoxydable 316 Acier, ce qui permet des économies de poids significatives.
- Chlorures : L'acier inoxydable 316 est sujet à des piqûres et à des fissures de corrosion sous contrainte dans les environnements chlorés (comme l'eau salée). Titane de grade 2 est immunitaire à cette question.
- Coût du cycle de vie : Bien que le titane soit plus cher au départ, sa durée de vie sans entretien dans les environnements corrosifs le rend souvent moins cher sur un cycle de vie de 10 à 20 ans.
Guide de fabrication : Travailler avec le grade 2
Travailler avec du titane nécessite un état d'esprit différent de celui de l'acier. Sur la base des observations de machinistes et de fabricants expérimentés, voici comment manipuler avec succès le Grade 2.
L'usinage : Le facteur “gommeux
Le grade 2 est plus mou que le grade 5, ce qui, ironiquement, peut le rendre plus difficile à usiner si vous n'êtes pas préparé. Il a tendance à être “gommeux”, Les copeaux sont longs, filandreux et peuvent encrasser vos outils. Pour y remédier :
- Gestion de la chaleur : Le titane est un mauvais conducteur de chaleur. Utiliser liquide de refroidissement à haute pression pour éliminer les copeaux collants et réduire l'accumulation de chaleur.
- Ne pas habiter : Ne laissez jamais l'outil s'attarder au même endroit. Cela entraîne une durcissement par le travail qui rend le matériau presque impossible à couper.
- Outillage : Utilisez des outils en carbure bien affûtés, à freinage positif, et maintenez des vitesses d'avance suffisamment élevées pour couper sous la couche durcie par le travail.
Lignes directrices en matière de soudage
Le grade 2 a excellente soudabilité, contrairement à de nombreux alliages à haute résistance. Il peut être soudé au TIG (GTAW), MIG ou arc plasma. Toutefois, une règle est absolue : Propreté et blindage.
Le titane en fusion absorbe instantanément l'oxygène et l'azote de l'air, ce qui rend la soudure cassante et semblable à du verre. Vous devez utiliser Argon de haute pureté pour protéger le bain de soudure, la zone de refroidissement et l'arrière de la soudure (purge arrière).
Le test des couleurs :
- Argent ou paille : Bon blindage. Acceptable.
- Bleu ou violet : Une oxydation s'est produite. La soudure peut être compromise.
- Blanc ou floconneux : Échec total en raison de la fragilité. Doit être retiré.
Applications courantes
En raison de sa polyvalence, le titane de grade 2 est le choix standard dans de nombreuses industries :
- Traitement chimique : Échangeurs de chaleur, condenseurs, cuves de réaction et systèmes de tuyauterie manipulant du chlore humide ou de l'acide nitrique.
- Industrie maritime : Coques de navires, arbres d'hélices, usines de dessalement et composants de plates-formes de forage en mer en raison de son immunité à la corrosion par l'eau salée.
- Production d'électricité : Tubes de condenseurs dans les centrales électriques utilisant le refroidissement à l'eau de mer.
- Médical et consommateur : Instruments chirurgicaux, montures de lunettes et bijoux en raison de sa biocompatibilité.
Guide d'achat : Normes et formulaires
Lorsque vous commandez du titane de grade 2 pour un usage industriel B2B, la mention “grade 2” ne suffit pas. Vous devez spécifier la forme et la norme ASTM/ASME correspondante pour garantir la qualité.
Normes communes
- Tôles, plaques et bandes : ASTM B265 / ASME SB265
- Tubes sans soudure et soudés : ASTM B338 / ASME SB338
- Barre ronde et billette : ASTM B348 / ASME SB348
- Raccords de tuyauterie : ASTM B363
Que demander à votre fournisseur ?
Demandez toujours le MTC (Mill Test Certificate), Il s'agit en particulier d'un certificat EN 10204 3.1. Assurez-vous qu'il vérifie
- Composition chimique : Fe < 0,30% et O < 0,25%.
- Essais mécaniques : Le rendement et la résistance à la traction sont conformes aux normes minimales.
- Origine : L'éponge a été fondue et le matériau a été roulé.
FAQ (Foire aux questions)
Voici les réponses aux questions les plus courantes Les ingénieurs et les acheteurs s'interrogent sur le titane de grade 2.
Performance et propriétés
Q : Quelle est la température maximale de fonctionnement du titane de grade 2 ?
A : Le titane de grade 2 conserve son intégrité structurelle et sa résistance à la corrosion dans le cadre d'un service continu jusqu'à environ 425°C (800°F). Au-delà de cette température, il peut commencer à s'oxyder rapidement et perdre de sa résistance.
Q : Le titane de grade 2 est-il biocompatible ?
R : Oui. Le grade 2 est non toxique et résiste à la corrosion. des fluides corporels, ce qui le rend biocompatible. Alors que le grade 23 est la norme pour les implants osseux, le grade 2 est largement utilisé pour les instruments chirurgicaux et les bijoux de piercing.
Q : Le titane de grade 2 peut-il être anodisé ?
R : Oui. Le grade 2 peut être facilement anodisé pour produire un large spectre de couleurs (bleu, violet, or, etc.) sans utiliser de colorants. Cette opération est généralement réalisée à des fins de codage des couleurs ou d'esthétique.
Comparaisons et coûts
Q : Quelle est la différence entre le titane de grade 1 et le titane de grade 2 ?
R : La principale différence est la suivante résistance et formabilité. La qualité 1 est la plus tendre et la plus ductile (meilleure pour l'emboutissage). La qualité 2 a des niveaux d'oxygène et de fer légèrement plus élevés, ce qui la rend plus résistante tout en conservant une bonne aptitude au formage.
Q : Le titane de grade 2 est-il moins cher que celui de grade 5 ?
R : Oui. Le grade 2 est généralement 20% à 30% moins cher que le grade 5 (Ti-6Al-4V) en termes de coût des matières premières, et il est également moins cher à traiter et à usiner.
Fabrication
Q : Pouvez-vous découper au laser du titane de grade 2 ?
R : Oui, mais il faut de l'azote ou de l'argon comme gaz d'assistance. Ne jamais utiliser d'oxygène comme gaz d'assistance pour découpe du titane, car il provoque une violente réaction exothermique (combustion).
Q : Pourquoi ma soudure de grade 2 devient-elle bleue ?
A : Une décoloration bleue indique contamination par l'oxygène. Le métal chaud a été exposé à l'air avant d'être refroidi. Cela fragilise la soudure et nécessite généralement une réparation.
Q : Le titane de grade 2 est-il magnétique ?
R : Non, le titane de grade 2 n'est pas magnétique.
Conclusion
Le titane de grade 2 représente l'intersection parfaite entre la performance et l'économie. Il offre les avantages suivants résistance à la corrosion des métaux de première qualité et de la formabilité nécessaires à une fabrication complexe, le tout à un coût nettement inférieur à celui des alliages de titane.
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