Les caractéristiques et fonctions du titane
Le titane est un élément de numéro atomique 22 dans le tableau périodique. Le quatrième sous-groupe d'éléments de période, la désignation IVB, comprend le zirconium et l'hafnium en plus du titane. La caractéristique commune est un point de fusion élevé, qui se forme à sa surface à température ambiante. film d'oxyde stable.
1. Faible densité, haute résistance, haute résistance spécifique
La densité du titane est de 4,51 g/cm3, soit 57 % de celle de l'acier. Le titane pèse moins de deux fois le poids de l’aluminium, mais trois fois plus résistant. La résistance spécifique (rapport résistance/densité) de l'alliage de titane est la plus importante parmi les alliages industriels couramment utilisés (voir tableau 2-1). La résistance spécifique de l'alliage de titane est 3,5 fois supérieure à celle de l'acier inoxydable ; 1,3 fois celui de l’alliage d’aluminium ; 1,7 fois celui de l'alliage de magnésium. C'est un matériau de structure indispensable pour l'industrie aérospatiale.
Tableau 2-1 Comparaison de la densité et de la résistance spécifique du titane et d'autres métaux
2. Excellente résistance à la corrosion
La passivation du titane dépend de la présence de films d'oxydes, plus résistants à la corrosion en milieu oxydant qu'en milieu réducteur. Une corrosion à grande vitesse se produit dans les milieux réducteurs. Le titane n'est pas corrodé dans certains milieux corrosifs, tels que l'eau de mer, le chlore humide, les solutions de chlorite et d'hypochlorite, l'acide nitrique, l'acide chromique, les chlorures métalliques, les sulfures et les acides organiques. Mais dans le milieu (tel que l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique) qui réagit avec le titane pour générer de l'hydrogène, le titane a généralement un taux de corrosion élevé. Cependant, si une petite quantité d’oxydant est ajoutée à l’acide, un film de passivation se formera sur la surface du titane. Par conséquent, le titane présente une résistance à la corrosion dans les mélanges concentrés d'acide sulfurique et d'acide nitrique ou d'acide chlorhydrique et d'acide nitrique, même dans l'acide chlorhydrique contenant du chlore libre. Un film protecteur d'oxyde de titane se forme généralement lorsque le métal entre en contact avec de l'eau, même en petites quantités ou dans la vapeur d'eau. Si le titane est exposé à un environnement fortement oxydant sans eau, une oxydation rapide et des réactions violentes se produiront, voire même une combustion spontanée. Ce phénomène se produit lorsque le titane réagit avec de l'acide nitrique fumant contenant un excès d'oxydes d'azote et lorsque le titane réagit avec du chlore gazeux sec. Par conséquent, afin d’éviter de telles réactions, une certaine quantité d’eau doit être présente. Même en petite quantité ou dans la vapeur d'eau. Si le titane est exposé à un environnement fortement oxydant sans eau, une oxydation rapide et des réactions violentes se produiront, voire même une combustion spontanée. Ce phénomène se produit lorsque le titane réagit avec de l'acide nitrique fumant contenant un excès d'oxydes d'azote et lorsque le titane réagit avec du chlore gazeux sec. Par conséquent, afin d’éviter de telles réactions, une certaine quantité d’eau doit être présente. Même en petite quantité ou dans la vapeur d'eau. Si le titane est exposé à un environnement fortement oxydant sans eau, une oxydation rapide et des réactions violentes se produiront, voire même une combustion spontanée. Ce phénomène se produit lorsque le titane réagit avec de l'acide nitrique fumant contenant un excès d'oxydes d'azote et lorsque le titane réagit avec du chlore gazeux sec. Par conséquent, afin d’éviter de telles réactions, une certaine quantité d’eau doit être présente.
3. Bonne résistance à la chaleur
Habituellement, l'aluminium perd ses propriétés d'origine à 150 degrés, l'acier inoxydable perd ses propriétés d'origine à 310 degrés et les alliages de titane conservent toujours de bonnes propriétés mécaniques à environ 500 degrés. Lorsque la vitesse de l'avion atteint 2,7 fois la vitesse du son, la température de surface de la structure de l'avion atteint 230 degrés et les alliages d'aluminium et de magnésium ne peuvent pas être utilisés, tandis que les alliages de titane peuvent répondre aux exigences. Le titane a une bonne résistance à la chaleur et est utilisé dans les disques et les aubes des compresseurs des moteurs d'avion ainsi que dans la peau du fuselage arrière de l'avion.
4. bonnes performances à basse température
La résistance de certains alliages de titane (tels que Ti-5AI-2.5SnELI) augmente avec la diminution de la température, mais la plasticité ne diminue pas beaucoup. Il a toujours une bonne plasticité et une bonne ténacité à basse température, adapté à une utilisation à très basse température. Il peut être utilisé pour les moteurs de fusée à hydrogène liquide sec et à oxygène liquide, et peut également être utilisé pour les conteneurs à très basse température et les réservoirs de stockage des engins spatiaux habités.
5. non magnétique
Le titane n'est pas magnétique et est utilisé dans les coques de sous-marins et ne provoquera pas d'explosion de mines.
6. Petite conductivité thermique
La comparaison de la conductivité thermique entre le titane et d'autres métaux est présentée dans le tableau 2-2.
Tableau 2-2 Comparaison de la conductivité thermique entre le titane et d'autres métaux
La conductivité thermique du titane est faible, seulement 1/5 de celle de l'acier, 1/13 de l'aluminium et 1/25 du cuivre. La mauvaise conductivité thermique est un inconvénient du titane, mais cette propriété du titane peut être exploitée dans certains cas.
7. faible module élastique
Le module élastique du titane est comparé à celui d'autres métaux dans le tableau 2-3.
Tableau 2-3 Comparaison du module élastique du titane et d'autres métaux
Le module d'élasticité du titane ne représente que 55 pour cent de celui de l'acier, et son faible module d'élasticité constitue un inconvénient lorsqu'il est utilisé comme matériau de structure.
8. La résistance à la traction et la limite d'élasticité sont très similaires
La résistance à la traction de l'alliage de titane Ti-6AI-4V est de 960 MPa, la limite d'élasticité est de 892 MPa, la différence entre les deux n'est que de 58 MPa, voir le tableau 2-4.
Tableau 2-4 Comparaison de la résistance à la traction et de la limite d'élasticité du titane et d'autres métaux
9. Le titane s’oxyde facilement à haute température
Le titane a de fortes liaisons hydrogène et oxygène, et des précautions doivent être prises pour éviter l’oxydation et l’absorption d’hydrogène. Le soudage du titane doit être effectué sous protection sous argon pour éviter toute contamination. Les tubes et plaques minces en titane doivent être traités thermiquement sous vide, et le traitement thermique des pièces forgées en titane doit contrôler l'atmosphère micro-oxydante.
10. Faible résistance d'amortissement
Utilisez du titane et d'autres matériaux métalliques (cuivre, acier) pour fabriquer des cloches exactement de la même forme et de la même taille, et frappez chaque cloche avec la même force, et vous constaterez que la cloche en titane vibre et que le son dure, c'est-à-dire en sonnant la cloche. L'énergie donnée n'est pas facile à disparaître, c'est pourquoi nous disons que les performances d'amortissement du titane sont faibles.
