Avant de fabriquer des tôles en titane, lisez ce guide.
Il vous guidera sur les propriétés et les différents processus de fabrication. De plus, vous connaîtrez également les différentes applications des pièces en titane fabriquées.
Plongeons-y directement.
Propriétés du titane à prendre en compte dans la fabrication de tôles
Tôles en titane
Lors de l’utilisation du titane dans la fabrication de tôles métalliques, tenez compte des propriétés suivantes :
i. Composition
Le titane se trouve naturellement et vous pouvez le trouver sous forme pure ou sous forme d’alliage. Travailler le titane dans sa forme pure est difficile, tandis que sa combinaison avec l’aluminium et le vanadium constitue l’alliage le plus courant.
ii. Durabilité
Le titane offre une résistance exceptionnelle à la corrosion et peut supporter des températures extrêmement élevées. Par conséquent, le titane est essentiel dans la fabrication de pièces destinées à être utilisées dans des environnements hostiles en présence de produits chimiques et d’humidité.
iii. Élasticité
Les performances élastiques du titane sont inférieures à celles de l’acier, ce qui rend difficile l’usinage et la production de pièces uniques. Par conséquent, cela augmente considérablement le coût de traitement.
iv. Dureté
L’acier offre une meilleure caractéristique de dureté que le titane, et constitue donc une meilleure option là où la dureté est nécessaire. Les alliages de titane peuvent vous offrir de meilleures performances en termes de dureté, mais restent néanmoins inférieurs à ceux de l’acier.
v. Poids
L’utilisation du titane est liée à sa faible densité et à son excellente ratio résistance-poids. Par conséquent, lorsque votre application nécessite la fabrication d’un matériau à la fois solide et léger, le titane est une excellente option.
vi. Limite élastique
Malgré sa résistance supérieure par unité, la limite élastique à la traction du titane est inférieure à celle de l’acier. L’utilisation du titane est souhaitable là où à la fois la résistance et le poids sont des considérations importantes, comme dans la conception d’aéronefs.
Alliages de titane applicables dans la fabrication de tôles
Découpe laser du titane
Certains des alliages et des nuances de titane largement utilisés dans la fabrication de tôles sont les suivants :
A. Alliages Alpha : Ils comprennent des stabilisants alpha comme l’oxygène et l’aluminium et/ou des éléments d’alliage neutres comme l’étain. Ces alliages de titane ne sont pas soumis à un traitement thermique et ne sont donc travaillés à froid que pendant la fabrication.
B. Alliages près de l’alpha : Présentent une faible présence de phase bêta ductile avec environ deux pour cent de stabilisants comme le vanadium, le silicium ou le molybdène. Ces alliages répondent bien au tréfilage pendant la fabrication.
C. Alliages alpha et bêta : Contiennent une combinaison de stabilisants de persuasion alpha et bêta, sont métastables et répondent au traitement thermique.
D. Alliages de bêta et près de bêta : Ont assez de stabilisants bêta comme le silicium, le vanadium et le molybdène tout en présentant une métastabilité. Les stabilisants bêta aident à maintenir la phase bêta tout en permettant une amélioration de la résistance par un vieillissement et un traitement de solution.
Processus de fabrication dans la fabrication de tôles en titane
La fabrication de tôles en titane implique les processus de fabrication suivants :
Tôles en titane usinées
Usinage
Lors de l’usinage du titane, il faut tenir compte du grippage, qui est sa tendance à marquer d’autres métaux, ainsi que de sa conductivité thermique relativement médiocre. Il est recommandé d’utiliser une machine robuste dotée d’un bord de coupe affiné pour effectuer des coupes lentes et denses avec lubrification pour l’élimination des copeaux.
- Rabotage : En tenant compte de la rigidité, de la vitesse et de l’avance requises de la machine, vous pouvez facilement façonner et raboter du titane. L’utilisation d’outils en carbure de tungstène à grand rayon produit un copeau fin et large.
- Perçage : Lors du perçage du titane, utilisez des forets en acier rapide intermittents en réalisant des trous aussi peu profonds que possible. Il est essentiel de rétracter périodiquement le foret pour éliminer les copeaux et d’utiliser une lubrification abondante pour réduire les frottements lors de la réalisation de trous plus profonds.
Pliage
Les freins de puissance forment des sections d’angle et de canal en utilisant un poinçon et une filière de canal. La profondeur de la frappe du poinçon détermine le pliage et la tolérance au retour élastique avec du disulfure de molybdène comme lubrifiant.
Plaque de titane pliée
Travail à chaud
Les températures lors du travail à chaud du titane sont légèrement inférieures à celles employées pour les aciers. À des températures élevées, maintenir le titane pendant une courte période avant forgeage pour réduire la contamination de surface qui augmente rapidement avec la température.
Forgeage
Le titane partage des méthodes de forgeage par presse et marteau similaires avec les aciers faiblement alliés. Des exigences de réchauffage réduites et une usine de fabrication bien conçue réduisent la contamination pendant le processus.
Lors du forgeage à chaud, utilisez des contours de filière avec des congés et des rayons plus larges que ceux de l’acier en raison de l’expansion thermique moindre du titane. Effectuez le rognage dans un environnement chaud et successivement à partir du martelage pour réduire le préchauffage.
Traitement thermique
L’utilisation d’un four standard pour chauffer le titane entraînera une contamination de surface et probablement une absorption d’hydrogène. Un four électrique est préférable car il présente une absorption réduite d’hydrogène.
Les fours à combustible sont inappropriés car le titane absorbe rapidement toute présence d’hydrogène de l’environnement, ce qui est dommageable pour les pièces minces. Des températures d’ recuit plus élevées et des températures de préchauffage, invariablement, provoquent un durcissement superficiel par diffusion de l’oxygène, nécessitant un traitement de surface.
Formage
Certains des techniques de formage les plus courantes que vous pouvez envisager sont les suivantes :
i. Formage à la chute du marteau
Lors de la réalisation de formage à la chute du marteau avec du titane, vous devez appliquer de la chaleur en utilisant des ébauches chauffées. La déformation doit être effectuée par étirage ou pliage en raison des propriétés de rétraction médiocres du titane.
Le titane peut nécessiter des filières à étage supplémentaires par rapport à d’autres matériaux en raison de sa faible ductilité. Le sciage par friction permet de couper les pièces formées par marteillage avec des tampons en caoutchouc dur utilisés pour exercer une pression supplémentaire afin de corriger les déformations.
ii. Formage à l’aide d’un hydro-press
Le formage de titane dans un hydro-press est difficile en raison du retour élastique, de la haute limite élastique et des restrictions de rétraction. L’utilisation d’ébauches chauffées réduit ces problèmes, avec l’application d’une pression élevée sur le titane permettant d’obtenir des pièces entièrement formées.
iii. Formage par étirage
Le formage par étirage réussit généralement au formage par freinage et au recuit lors de la fabrication de titane, ce qui donne des sections de canal et des courbes. Des variations de la limite élastique créent une détente incontrôlable, alors que des fluctuations de jauge peuvent entraîner un étranglement local.
Vous pouvez également créer des pièces courbées en titane en combinant une finition de formage à chaud avec un soulagement des contraintes par étirage à froid ou à chaud.
Emboutissage profond
L’emboutissage profond de pièces en titane nécessite une presse hydro-forme avec des forces de formage élevées au lieu d’une presse mécanique traditionnelle. Lorsqu’il est réalisé par étapes avec des recuits intérimaires, cet approche peut produire des emboutissages très profonds.
Soudage
Certaines des techniques de soudage que vous pouvez utiliser avec le titane sont le TIG, le MIG, le soudage par point et par sertissage, le soudage par faisceau électronique et par plasma. Les décalages de phase et la contamination sont des propriétés essentielles du titane (et de ses alliages) lors du soudage.
Le titane pur et les alliages en phase alpha produisent des soudures solides et relativement ductiles mais avec un faible rapport de résistance à la traction. Les alliages bêta produisent des soudures par points qui sont cassantes en raison du durcissement par transformation.
Le soudage par fusion du titane nécessite des mesures préventives pour éviter la contamination de la soudure fondue. L’utilisation d’un environnement contrôlé et des techniques de soudage à l’arc protégé par gaz inerte (hélium ou argon) peut produire des soudures saines.
Traitement de surface et décapage
Chauffer du titane ou ses alliages dans un four ouvert entraîne la formation d’oxydes et/ou de nitrures qui doivent être éliminés pour conserver les propriétés mécaniques. Un traitement de surface à l’aide de soude caustique à haute température pendant une période définie peut entraîner un décapage.
Avantages de l’utilisation de pièces en titane fabriquées
L’utilisation du titane dans la fabrication de tôles présente les avantages suivants :
i. Protection contre la corrosion
Le titane réagit avec l’oxygène atmosphérique pour former une mince couche d’oxyde impénétrable qui protège le métal sous-jacent des agents corrosifs. Par conséquent, vous pouvez fabriquer des tôles de titane pour des applications extérieures exposées.
ii. Point de fusion élevé
Le titane a un point de fusion élevé, ce qui le rend idéal pour la fabrication de pièces utilisées dans des applications à haute température. De plus, cette propriété permet au titane de résister aux changements de température tout en maintenant son intégrité structurale.
iii. Rapport Résistance-Poids élevé
Le titane offre une immense résistance malgré son faible poids, ce qui en fait un matériau idéal là où le poids et la résistance posent problème. Bien que sa résistance soit comparable à celle de l’acier, c’est une option plus légère, utilisée notamment dans des domaines tels que l’aviation.
iv. Non toxique et biocompatible
Le titane n’est pas dangereux en raison de son inertie chimique, ne présentant ainsi aucun danger pour les organismes vivants et l’environnement. Il est donc possible de fabriquer des pièces à utiliser dans le monde médical, telles que des implants corporels et des attelles, avec du titane.
v. Recyclable
L’inertie du titane lui permet de résister à l’érosion au fil du temps, ce qui réduit son coût global sur sa durée de vie par rapport à la plupart des métaux. De plus, vous pouvez recycler le titane et fabriquer d’autres pièces utiles, ce qui atténue ses coûts de production généralement élevés.
Limitations of Using Titanium in Sheet Metal Fabrication
Certains des limitations dans la fabrication de tôles en titane comprennent :
a. Coût Élevé
Le titane est un métal coûteux en raison de son processus de production compliqué. Les difficultés de fabrication du titane limitent son utilisation malgré ses propriétés supérieures.
b. Difficultés de Coulée et de Fabrication
La coulée du titane est un processus difficile en raison de ses caractéristiques uniques telles que sa résistance et son point de fusion élevé. La fabrication de tôles en titane nécessite de nombreuses procédures étroitement contrôlées pour garantir des pièces de qualité.
c. Déformation
Le titane a un faible module d’élasticité ce qui le rend susceptible de se déformer lors de l’application de méthodes de fabrication rigoureuses. Par conséquent, le titane nécessite une fabrication minutieuse pour éviter les défauts tels que le gauchissement et le pliage non désiré.
d. Couplage Galvanique
Le titane crée un couple galvanique lorsqu’il entre en contact direct avec un métal différent sous un électrolyte, accélérant la corrosion de l’un ou des deux métaux. Le couplage galvanique entrave la fabrication de tôles en titane utilisant d’autres éléments car il en est généralement le catalyseur.
Application des Pièces de Fabrication de Tôles en Titane
Les pièces transformées à partir de la fabrication de tôles en titane sont utilisées dans les industries suivantes :
i. Aéronautique
La capacité du titane à résister à la corrosion et à la chaleur ainsi que son rapport résistance-poids impeccable permet son utilisation dans les applications aéronautiques. Les pièces en titane aident à construire des pièces d’avion telles que les structures et les moteurs à réaction.
ii. Génération d’Énergie
L’utilisation de pièces en titane dans la production d’énergie est illustrée dans des cas tels que la fabrication de pare-feu et d’assemblages de protection.
iii. Automobile
L’application automobile du titane est limitée aux véhicules haute performance en raison des coûts élevés de fabrication. Des pièces moteur comme les ressorts et les axes de piston utilisent du titane fabriqué.
La résistance à la corrosion du titane permet son utilisation dans les plates-formes d’extraction pétrolière en mer et les équipements tels que les tubes de production.
v. Biomédical
Le titane et ses alliages trouvent une large utilisation dans le domaine médical pour la création d’implants tels que des plaques osseuses et des prothèses articulaires.
Conclusion
Comme vous pouvez le constater, la fabrication de pièces en titane est pratique et légèrement challengeante. Nous espérons que les informations de ce guide vous aideront pour une fabrication réussie de tôles en titane.
Plus de Ressources:
Titane – Source : Wikipedia
Alliage de Titane – Source : Wikipedia
Pièces de Tôlerie – Source : KDMFAB
Fabrication de Titane – Source : Total Materia