Vous ne pouvez pas faire la différence entre Titane Grade 1 et Titane Grade 2 rien qu'en les regardant. Ils ont le même éclat gris argenté, la même densité (4,51 g/cm³), et la même résistance à la corrosion dans la plupart des endroits. Cependant, le mélange de ces deux qualités “commercialement pures” (CP) sur un dessin technique peut entraîner une défaillance catastrophique. Par exemple, l'utilisation incorrecte de la nuance 2 peut provoquer des fissures lors des processus d'emboutissage profond, et l'utilisation inutile de la nuance 1 peut entraîner une déformation structurelle sous pression.
Lorsque les ingénieurs et les experts en approvisionnement choisissent entre le grade 1 (UNS R50250) et le grade 2 (UNS R50400), ils ne pensent généralement pas à la “qualité” au sens habituel du terme. Il s'agit plutôt d'un choix stratégique entre le grade 1 (UNS R50250) et le grade 2 (UNS R50400). la plus grande ductilité et une résistance structurelle modérée.
Ce guide va au-delà des simples fiches techniques pour vous aider à prendre une décision concrète en décomposant les différences chimiques, mécaniques et opérationnelles entre les grades afin que vous puissiez choisir celui qui convient à vos besoins.
La différence essentielle : Composition chimique et pureté
Bien que les deux alliages soient classés comme du titane “non allié”, le grade 2 n'est pas simplement une version “de moindre qualité” du grade 1. Il est intentionnellement conçu avec des niveaux légèrement plus élevés d'éléments interstitiels afin d'obtenir une plus grande résistance.
Selon le ASTM B265 (Standard Specification for Titanium and Titanium Alloy Strip, Sheet, and Plate), les limites de composition sont définies comme suit :
| Élément | Grade 1 (UNS R50250) | Grade 2 (UNS R50400) | L'impact |
|---|---|---|---|
| Azote (N) | Max 0,03% | Max 0,03% | Contribution mineure à la force. |
| Carbone (C) | Max 0,08% | Max 0,08% | Maintenue à un niveau bas pour éviter la formation de carbure. |
| Hydrogène (H) | Max 0,015% | Max 0,015% | Strictement contrôlé pour éviter la fragilisation par l'hydrogène. |
| Fer (Fe) | Max 0.20% | Max 0,30% | Le fer ajoute de la solidité mais réduit légèrement la résistance à la corrosion. |
| Oxygène (O) | Max 0,18% | Max 0,25% | Le principal agent de renforcement. |
| Titane (Ti) | Équilibre | Équilibre | Matrice de base. |
Le “bouton d'oxygène” : Le renforcement interstitiel expliqué
La différence la plus importante réside dans la teneur en oxygène. La teneur maximale en oxygène autorisée pour le grade 2 (0.25%) est 0,07 point de pourcentage plus élevé que pour le grade 1 (0.18%).
Bien que cette différence semble négligeable, dans le domaine de la science des matériaux, l'oxygène agit en tant qu'agent de conservation. élément d'alliage interstitiel. Les petits atomes d'oxygène s'insèrent dans les espaces (interstices) entre les grands atomes de titane dans le réseau cristallin hexagonal fermé (HCP). Ces atomes interstitiels empêchent le mouvement des dislocations dans la structure cristalline.
- Grade 1 (faible teneur en oxygène) : Moins de barrières au mouvement des dislocations, ductilité élevée et résistance plus faible.
- Grade 2 (plus d'oxygène) : Davantage de barrières “épinglent” les dislocations, , Résistance élevée, ductilité modérée.
Par conséquent, le grade 2 obtient son statut de “bête de somme” non pas en ajoutant des métaux coûteux comme le vanadium, mais en contrôlant soigneusement l“”impureté" de l'oxygène afin d'augmenter la résistance à la traction sans sacrifier trop de formabilité.
Ressource technique : Pour en savoir plus sur les spécifications standard, consultez le site web de la Commission européenne. Documentation officielle ASTM B265 concernant les exigences en matière de bandes, de tôles et de plaques.
Propriétés mécaniques : Résistance et formabilité
Lors de la conception d'équipements porteurs, le compromis devient numérique. Le grade 2 offre généralement une 30%-40% augmentation de la limite d'élasticité sur la première année.
Propriétés mécaniques typiques (à température ambiante)
| Propriété | Grade 1 (le plus doux) | 2e année (standard) |
|---|---|---|
| Résistance à la traction (UTS) | 240 MPa (35 ksi) min | 345 MPa (50 ksi) min |
| Limite d'élasticité (décalage de 0,2%) | 170 MPa (25 ksi) min | 275 MPa (40 ksi) min |
| Élongation | 24% min (souvent >30%) | 20% min |
| Dureté (Vickers) | ~120 HV | ~145 HV |
La perspective de conception ASME (cruciale pour les appareils à pression)
Si vous concevez des échangeurs de chaleur ou des récipients sous pression dans le cadre de la Code ASME des chaudières et appareils à pression (BPVC), Il ne s'agit pas seulement de la résistance au rendement, mais aussi de la résistance à l'oxydation et à la corrosion. la contrainte maximale admissible.
C'est là que le grade 2 se distingue. Comme ses valeurs de contraintes admissibles sont nettement plus élevées, les ingénieurs peuvent spécifier des épaisseurs de paroi plus faibles pour la même pression nominale.
- Scénario : Un réacteur chimique fonctionnant à 150°C.
- Première année : Les parois doivent être épaisses pour supporter la pression, ce qui augmente le poids et le coût des matériaux.
- 2e année : Permet d'obtenir des parois plus fines, ce qui réduit le poids total de titane nécessaire.
À emporter : A moins que vous n'ayez besoin de la formabilité extrême du grade 1, le grade 2 est presque toujours le choix le plus économique pour le confinement sous pression en raison de son rapport résistance/poids supérieur dans les calculs du code.
Guide de fabrication : Travailler avec le matériau
Le choix entre le grade 1 et le grade 2 dépend souvent de la façon dont la pièce sera fabriquée. La réalité de l'atelier peut être très différente de la théorie du bureau d'études.
1. Formage à froid et rayon de courbure
C'est le territoire du Grade 1. En raison de son allongement élevé et de sa faible teneur en oxygène, le grade 1 possède une excellente ’aptitude à l'étirage en profondeur“.”
- Première année : Peut souvent être plié à un rayon de 1T à 1,5T (où T est l'épaisseur du matériau) sans se fissurer. C'est le matériau de choix pour les plaques des échangeurs de chaleur à plaques et à cadres, qui subissent de fortes déformations.
- 2e année : Il faut généralement un rayon de courbure généreux de 2T à 2,5T. Si vous essayez d'emboutir le grade 2 dans une forme complexe prévue pour le grade 1, vous risquez de voir apparaître une “peau d'orange” (rugosité de la surface) ou des fissures immédiates.
2. L'usinage : Le facteur “gommeux
De manière contre-intuitive, la nuance 1, plus “souple”, peut être plus difficile à usiner que la nuance 2. La qualité 1 étant très ductile, elle a tendance à être plus difficile à usiner que la qualité 2. “gommeux”. Le matériau ne s'enlève pas proprement, il s'étale et s'accumule sur l'arête de coupe (Built-Up Edge ou BUE).
- Conseil d'usinage : Lors de l'usinage de la nuance 1, il convient d'utiliser des outils en carbure tranchants, des angles de coupe positifs élevés et un liquide de refroidissement abondant pour éviter l'accumulation de chaleur et le grippage. La nuance 2 se comporte un peu plus comme l'acier inoxydable, offrant un meilleur contrôle des copeaux.
3. Soudabilité
Ces deux qualités sont d'excellents candidats au soudage. Comme il s'agit d'alliages alpha monophasés, ils ne souffrent pas des problèmes de fissuration thermique communs à certains alliages d'acier. Cependant, le blindage des gaz n'est pas négociable. Le titane en fusion absorbe instantanément l'oxygène et l'azote de l'air. Sans une protection adéquate à l'argon (blindage), une soudure de qualité 1 deviendra cassante et se fissurera, se transformant essentiellement en une soudure de qualité 100 en raison de la contamination par l'oxygène.
Pratique critique du soudage : Pour obtenir une soudure de titane de haute intégrité, il ne suffit pas d'utiliser du gaz de protection argon. Il faut :
-
Boucliers de protection et gaz d'appui : Pour protéger le bain de soudure en fusion et les éléments critiques de l'environnement, il est nécessaire de mettre en place un système de contrôle de la qualité. 400°C+ (750°F+) zone affectée par la chaleur de la contamination par l'air jusqu'à ce qu'il soit suffisamment refroidi.
-
Propreté méticuleuse : Toutes les surfaces, les fils d'apport et les outils doivent être exempts d'huile, de graisse, d'humidité et d'empreintes digitales. Tout résidu organique se décomposera dans l'arc, introduisant de l'hydrogène (provoquant la porosité) et du carbone (provoquant la fragilisation).
-
Argon de haute pureté : Le gaz de protection doit être d'une grande pureté (généralement 99,998% ou mieux) avec un point de rosée bas pour éviter l'introduction d'humidité.
Scénarios d'application : Quand utiliser Which ?
Choisir la première année Quand :
- Un dessin approfondi est nécessaire : Fabrication d'échangeurs de chaleur à plaques, de tôles ondulées ou de panneaux architecturaux complexes.
- Revêtement explosif : Collage de titane sur des plaques d'acier (la ductilité permet d'absorber le choc de l'explosion).
- Résistance maximale à la corrosion : Dans des environnements extrêmement marginaux où la teneur en fer légèrement inférieure (0,20% contre 0,30%) pourrait théoriquement retarder la corrosion caverneuse, bien que cela soit rare.
Choisir la deuxième année Quand :
- Fabrication générale : Tuyauterie, brides, raccords et vannes.
- Réservoirs sous pression : Réservoirs et réacteurs pour lesquels la conformité au code ASME impose l'épaisseur des parois.
- Doublure : Revêtement lâche de réservoirs en acier où le titane sert principalement de barrière contre la corrosion et non d'élément structurel.
- La disponibilité est importante : Vous avez besoin de feuilles de format standard livrées demain.
Avertissement critique : Le piège du “grade 5
Une erreur fréquente commise par les ingénieurs débutants est de considérer la résistance du grade 2 (345 MPa), de la trouver trop faible et de passer immédiatement à la résistance de l'acier. Grade 5 (Ti-6Al-4V), qui présente une résistance à la traction de près de 900 MPa.
Ne le faites pas sans avoir validé votre processus de formage.
Le grade 5 est un alliage alpha-bêta. Il est incroyablement résistant mais possède formabilité à froid minimale. Il est difficile de plier à froid un tube ou une tôle de qualité 5, et toute tentative de pliage entraînera sa rupture. Si vous avez besoin d'une résistance supérieure à celle de la nuance 2, mais que vous devez conserver la possibilité d'un formage à froid, vous pouvez envisager Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) ou simplement augmenter l'épaisseur de la paroi du grade 2.
Guide des achats : Coût et disponibilité
Les ‘Tarification en fonction du volume’ est souvent source de confusion pour les acheteurs. Logiquement, on pourrait penser que le grade 1 est plus cher parce qu'il est plus ‘pur’. S'il est vrai que le grade 1 est plus cher en raison de contrôles chimiques plus stricts, la différence de prix est souvent due aux facteurs suivants les économies d'échelle.
Le grade 2 est le “cheval de bataille” de l'industrie.” Il représente la grande majorité du marché du titane CP.
- Stock : Les centres de service stockent des tonnes de feuilles et de plaques de qualité 2. La qualité 1 est souvent une “commande spéciale” ou est stockée en quantités limitées.
- Prix : En raison d'une rotation importante des volumes, la catégorie 2 est souvent moins chère par kilogramme que la catégorie 1.
- Stratégie : Si votre projet prévoit un grade 2, précisez-le. Vous obtiendrez probablement de meilleurs prix et des délais plus courts. Si vous spécifiez le grade 1 pour une bride standard, vous risquez de payer un supplément et d'attendre des semaines pour la production.
Résumé : Matrice de sélection rapide
| Facteur de décision | Choisir le grade 1 (UNS R50250) | Choisir le grade 2 (UNS R50400) |
|---|---|---|
| Processus de formation | Emboutissage profond, cintrage sévère (>50% d'étirement). | Roulage, cintrage simple, fabrication standard. |
| Pilote de conception | Formabilité / Ductilité. | Résistance / Pression ASME. |
| Rayon de courbure | Courbes serrées (1T - 1,5T). | Courbes généreuses (2T - 2.5T). |
| Disponibilité | Modéré / Faible (articles spécialisés). | Élevé (la norme dans l'industrie). |
| Corrosion | Excellent. | Excellent (pratiquement identique). |
Foire aux questions (FAQ)
Q : Le titane de grade 2 est-il magnétique ?
Le titane de grade 1 et le titane de grade 2 sont tous deux non magnétiques. Ils sont donc idéaux pour les équipements d'imagerie médicale (IRM) et les boîtiers électroniques sensibles.
Q : Puis-je souder du titane de grade 1 à du titane de grade 2 ?
R : Oui, ils sont compatibles. Vous pouvez souder le grade 1 au grade 2 en utilisant un fil d'apport adapté (généralement ERTi-1 ou ERTi-2). La zone de soudure obtenue aura des propriétés mécaniques intermédiaires entre les deux.
Q : Le titane de grade 2 rouille-t-il ?
Le titane ne “rouille” pas comme le fer. Il forme un film d'oxyde stable et passif qui le rend insensible à la corrosion par l'eau de mer, le chlore humide et la plupart des acides organiques.
Q : Pourquoi le grade 2 est-il plus populaire que le grade 1 ?
R : Il offre l'équilibre “Boucles d'or” : suffisamment résistant pour une utilisation structurelle (contrairement au Gr1) mais suffisamment formable pour la fabrication (contrairement au Gr5), combiné à la plus grande disponibilité dans la chaîne d'approvisionnement.