Choisir les bonnes matières premières est le fondement de la performance.
Les performances des barres de titane sont déterminées à partir des matières premières. La première étape dans la fabrication de barres en titane consiste à sélectionner la bonne qualité d’alliage de titane :
1. Titane pur : Forte résistance à la corrosion, adaptée aux pipelines chimiques, mais avec une résistance moyenne ;
2. Ti-6Al-4V : haute résistance, bonne ténacité, couramment utilisé dans l'aérospatiale, utilisé dans les bielles des moteurs-fusées ;
3. Ti-3Al-2.5V : Excellentes performances de soudage, couramment utilisées dans les canalisations hydrauliques des avions ;
4. Alliages de titane-de qualité médicale : Impuretés strictement contrôlées (très faible teneur en O et N), assurant une "coexistence paisible" avec le corps humain.
Même s’il s’agit de la même marque, la pureté des matières premières est très importante. Par exemple, les tiges de titane utilisées pour fabriquer des stents cardiaques nécessitent des impuretés telles que le fer et le carbone au niveau « ppm » (parties par million), car même une infime quantité d'impuretés peut déclencher le rejet par le corps humain.
Affiner et couler pour produire des lingots de titane « impeccables ».
Si les matières premières sont les « gènes », alors la fusion est l'étape clé du « développement fœtal ». Le titane a un tempérament très « étrange » ; à haute température, il se « lie d'amitié » avec l'oxygène et l'azote, et une fois contaminé, il devient cassant. Par conséquent, la fusion du titane doit être réalisée sous vide ou sous un environnement de gaz inerte. Actuellement, il existe deux processus de fusion principaux :
1. Refusion à l'arc sous vide (VAR) : les matières premières de titane sont pressées dans des électrodes et fondues dans un four sous vide en faisant passer de l'électricité, se superposant en lingots comme une "impression 3D". L'inconvénient est qu'il est très difficile d'éliminer les impuretés à haute densité (telles que le tungstène et le molybdène) ;
2. Fusion sur foyer froid (EBCHM/PACHM) : le matériau de titane est fondu sur un foyer froid à l'aide d'un faisceau d'électrons ou d'un arc de plasma, où les impuretés sont filtrées comme du « sable se déposant au fond », permettant la production de lingots de titane plus purs, adaptés aux applications aérospatiales haut de gamme ; le « timing » (courant, tension, vitesse de fusion) pendant la fusion doit également être contrôlé avec précision.
Par exemple, si la vitesse de fusion est trop rapide, il y aura des « cavités de retrait » à l’intérieur du lingot de titane (comme un petit pain cuit à la vapeur qui n’a pas bien levé) ; si c'est trop lent, cela peut entraîner une ségrégation de la composition, semblable au riz qui coule au fond d'une casserole lors de la préparation du congee.
Traitement thermique des tiges de titane Microstructure « personnalisée » « Packages » courants de traitement thermique :
1. Recuit d'homogénéisation : chauffer le lingot de titane à des températures élevées (telles que 800 à 900 degrés) et le maintenir pour éliminer la ségrégation de la composition pendant la fusion, comme pour pétrir la pâte pour une répartition uniforme de la farine ;
2. Recristallisation Recuit : Chauffage après travail à chaud pour permettre aux grains « broyés » de se développer en de nouveaux grains petits et uniformes, rétablissant la plasticité et empêchant les tiges de titane de devenir « cassantes » ;
3. Vieillissement en solution : pour les alliages de titane de type (tels que TC4), premier chauffage à proximité du point de transformation de phase (environ 980 degrés), puis trempe rapide à l'eau pour "geler" la phase, suivi d'un vieillissement à basse température - pour précipiter de petites phases, comme "l'ajout d'un agent de renforcement au métal", ce qui peut augmenter la résistance de plus de 30 %.
Transformation thermomécanique des lingots de titane en matériau :
1. Température : Le traitement au-dessus du point de transformation de la phase bêta (forgeage bêta) peut produire des grains grossiers, adaptés aux composants nécessitant une ténacité élevée ; le traitement dans la région alpha-bêta peut produire une structure fine à deux phases-avec une résistance plus élevée ;
2. Quantité de déformation : le taux de forgeage (le rapport de la surface de la section transversale avant et après déformation) doit atteindre au moins 3 : 1 pour « compacter » efficacement la porosité et les poches de gaz dans le lingot, comme pour pétrir la pâte jusqu'à ce qu'elle soit « lisse et non -collante » ;
3. Vitesse : Une déformation lente permet aux grains d'avoir le temps de se « réorganiser », réduisant ainsi les contraintes internes ; une déformation rapide peut affiner les grains, améliorant ainsi la résistance.
Traitement de surface des tiges de titane
L'« apparence » et la « durabilité » des tiges de titane dépendent entièrement du traitement de surface. Différents processus peuvent conférer aux tiges de titane différents « superpouvoirs » :
1. Décapage acide : bain dans une solution mixte d'acide fluorhydrique et d'acide nitrique pour éliminer la couche d'oxydation formée lors du traitement à chaud (cette couche peut rendre le titane fragile), exposant une surface de titane fraîche ;
2. Sablage/Grenaillage : utilisation de particules de sable à grande vitesse pour « frapper » la surface de la tige en titane, ce qui peut éliminer les défauts et créer une contrainte de compression sur la surface, comme l'ajout d'une couche de « ressorts invisibles » à la tige en titane, améliorant la durée de vie en fatigue de plus de 50 %, adaptée à une utilisation dans les pales de moteurs d'avion ;
3. Polissage électrolytique : les tiges médicales en titane (telles que les implants dentaires) doivent subir ce processus pour réduire la rugosité de la surface en dessous de 0,1 microns, ce qui rend difficile « l'adhésion » des bactéries, réduisant ainsi le risque d'infection ;
4. Anodisation : l'application d'un courant électrique sur la tige en titane provoque la formation d'un film d'oxyde sur la surface, qui est non seulement résistant à la corrosion-, mais peut également être teint en différentes couleurs, couramment utilisées pour les bracelets de montre-haut de gamme.
Articles de test
1. Composition chimique : utilisez un spectromètre pour « scanner » et vous assurer que la teneur en éléments de l'alliage est précise au moindre degré ;
2. Propriétés mécaniques : Cassez quelques « barres d'échantillon » pour tester la résistance et l'allongement ; s'ils échouent, le lot entier sera rejeté ;
3. Tests non-destructifs : utilisez les ultrasons pour vérifier les défauts internes, comme une « échographie », des tests par courants de Foucault pour détecter les fissures de surface et des rayons X-pour trouver des inclusions « cachées » ;
4. Microstructure : utilisez un microscope pour observer la taille et la distribution des grains, comme si vous effectuiez un scanner sur du métal, afin de garantir que l'effet du traitement thermique est conforme aux normes.
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