Alliages de titane à haute température et leur classification et propriétés

Le premier alliage de titane à haute température réussi au monde était TI-6AL-4V, avec une température de service de 300-350 ° C. Les développements ultérieurs ont conduit à des alliages comme IMI550 et BT3-1, avec des températures de service allant jusqu'à 400 ° C et IMI679, IMI685, TI-6246 et TI-6242, avec des températures de service de 450-500 ° C. Les nouveaux alliages de titane à haute température actuellement utilisés dans les moteurs d'avion comprennent les alliages IMI829 et IMI834 du Royaume-Uni, l'alliage TI-1100 américain et les alliages BT18Y et BT36 de la Russie. Ces dernières années, la direction de développement des alliages de titane à haute température s'est concentré sur l'utilisation de la technologie rapide de la solidification / métallurgie de la poudre et des composites renforcés par les fibres ou les particules, ce qui peut augmenter la température de service des alliages de titane à plus de 650 ° C. Aux États-Unis, McDonnell Douglas a développé avec succès un alliage de titane à haute densité à haute densité en utilisant une technologie de métallurgie de solidification / poudre rapide, avec une résistance à 760 ° C comparable à celle des alliages de titane utilisés à température ambiante.

Titanium-aluminim composé aux alliages de titane à base de composés

Par rapport aux alliages généraux de titane, le Ti3al intermétallique basé sur le titane-alumium et le tial (γ) ont des avantages tels que de bonnes performances à haute température (températures de service de 816 et 982 ° C, respectivement), une forte résistance à l'oxydation, un bon fluage de fluage Résistance et poids léger (la densité n'est que la moitié de celle des superalliages à base de nickel). Ces avantages en font des matériaux compétitifs pour les futurs moteurs d'avion et composants structurels. Actuellement, deux alliages de titane à base de TI3AL, TI-21NB-14AL et TI-24AL-14NB-0,5mo, ont commencé la production de masse aux États-Unis. D'autres alliages de titane à base de TI3AL récemment développés incluent TI-24AL-11NB, TI-25AL-17NB-1MO et TI-25AL-10NB-3V-1MO. Les alliages de titane à base de tial (γ) sont étudiés pour des compositions allant de Tal- (1-10) M (à.%), Où m est au moins un élément de V, Cr, Mn, Nb, Mo et W. Récemment, les alliages de titane à base de tial3 tels que TI-65AL-10NI ont commencé à attirer l'attention.

Alliages de titane de type β à haute résistance et à haute taille

Le premier alliage de titane de type β était B120VCA (TI-13V-11CR-3AL), développé par Crucible au milieu des années 50. Les alliages de titane de type β ont de bonnes performances de traitement à chaud et à froid, sont faciles à forger, peuvent être roulés et soudés, et obtenir des propriétés mécaniques élevées, une bonne résistance environnementale et une bonne combinaison de résistance et de ténacité à la fracture par la solution et le traitement du vieillissement. Les nouveaux alliages de titane de type β de type haute résistance et à haute taille de type β incluent:

• TI1023 (TI-10V-2FE-3AL): Cet alliage a des performances comparables à l'acier structurel à haute résistance 30CRMNSIA couramment utilisé dans les composants structurels des avions et a d'excellentes performances de forgeage.
• TI153 (TI-15V-3CR-3AL-3SN): Cet alliage a de meilleures performances de traitement du froid que le titane pur industriel, avec une résistance à la traction à température ambiante de plus de 1000 MPa après le vieillissement.
• β21S (TI-15MO-3AL-2.7NB-0.2SI): développé par Timemet, cet alliage a une excellente résistance d'oxydation et des performances de traitement chaud et du froid et peut être transformé en fleuret d'une épaisseur de 0,064 mm.
• SP-700 (TI-4.5AL-3V-2MO-2FE): développé par Japan Steel Pipe Company (NKK), cet alliage a une résistance élevée et un allongement superplasique jusqu'à 2000%, avec une température de formage superplasique de 140 ° C TI-6AL-4V, ce qui le rend adapté à la fabrication de divers composants aérospatiaux en utilisant la technologie de liaison de formage de formage superplasique (SPF / dB).
• BT-22 (TI-5V-5MO-1CR-5AL): développé en Russie, cet alliage a une résistance à la traction de plus de 1105 MPa.

Alliages de titane résistant aux flammes

Les alliages de titane conventionnels ont tendance à s'enflammer dans des conditions spécifiques, limitant considérablement leur application. Pour y remédier, les pays ont mené des recherches sur les alliages de titane résistants aux flammes et ont fait certaines percées. L'alliage C (également connu sous le nom d'alliage T), développé en Chine, avec une composition nominale de 50TI-35V-15CR (fraction de masse), est un alliage de titane résistant aux flammes insensible à la combustion continue et a été utilisé dans le moteur F119. BTT-1 et BTT-3, développés en Russie, sont des alliages de titane résistants à la flamme à base de Ti-Cu-al avec de bonnes performances de traitement de déformation à chaud, adaptées à la fabrication de pièces complexes.

Alliages de titane médical

Le titane est non toxique, léger, à haute résistance et a une excellente biocompatibilité, ce qui en fait un matériau idéal pour les applications de titane de qualité médicale telles que les implants. Actuellement, l'alliage TI-6AL-4V Eli est largement utilisé dans le domaine médical. Cependant, la libération de traces de vanadium et d'ions en aluminium réduit sa compatibilité cellulaire et peut nuire au corps humain, ce qui a longtemps été une préoccupation dans la communauté médicale. Depuis le milieu des années 80, les États-Unis développent des alliages de titane sans aluminium et sans vanadium avec biocompatibilité pour les applications orthopédiques. Le Japon, le Royaume-Uni et d'autres pays ont également mené des recherches approfondies et réalisé de nouveaux progrès. Par exemple, le Japon a développé une série d'alliages de titane α + β avec une excellente biocompatibilité, notamment TI-15ZR-4NB-4TA-0.2PD, TI-15ZR-4NB-4TA-0.2PD-0.2-0.05N, TI-15SN- 4NB-2TA-0.2PD et TI-15SN-4NB-2TA-0.2PD-0.2. Ces alliages ont une meilleure résistance à la corrosion, une résistance à la fatigue et une résistance à la corrosion que TI-6AL-4V ELI. Par rapport aux alliages de titane α + β, les alliages de titane β ont une résistance plus élevée, une meilleure performance d'encoche et une ténacité, ce qui les rend plus adaptés aux implants. Aux États-Unis, cinq alliages de titane β ont été recommandés pour un usage médical: TMZFTM (TI-12MO-6ZR-2FE), TI-13NB-13ZR, TIMETAL 21SRX (TI-15MO-2,5NB-0.2SI), Tiadyne 1610 (Ti -16NB-9.5HF) et Ti-15mo. On s'attend à ce que dans un avenir proche, ces alliages de titane β à forte résistance, à faible module et excellente et résistance à la corrosion peuvent remplacer l'alliage ELI Titane 6Al4V largement utilisé dans le domaine médical.