Propriétés physiques et chimiques du titane
Caractéristiques physiques
Le titane a été découvert à la fin du 18e siècle. Il appartient aux métaux de transition 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d2, 4s2. La coquille D n'est pas complète, ce qui conduit à la formation de composés à faible valence et à forte résistivité électrique. La résistance spécifique et la ductilité élevées de ce métal, sa résistance aux milieux agressifs, son faible poids et son faible fluage à haute température ont permis la réalisation des projets techniques les plus ambitieux.
| Nombre atomique | Poids atomique | Densité | Point de fusion / d'ébullition | Module d'élasticité | État d'oxydation | structure du réseau |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 22 | 47,9 | 4,54 g/cm3 | 1668 °C / 3260 °C | 112 hPa. |
2, 3, 4 | Hexagonal |
Le titane pur se prête à tous les travaux à chaud et à froid : forgeage, étirage, laminage, fabrication de feuilles. Il possède une résistance électrique élevée. Si la conductivité électrique de l'argent est de 100 %, celle du cuivre est de 94 %, celle de l'aluminium de 60 %, celle du fer de 15 % et celle du titane de 3,8 %. Le titane est paramagnétique et sa susceptibilité magnétique est très faible. Sa conductivité thermique est très faible et s'élève à 22,07 W/(mK), soit environ 3 fois moins que celle du fer, 7 fois moins que celle du magnésium et 17 à 20 fois moins que celle de l'aluminium ou du cuivre. Le coefficient de dilatation thermique linéaire du titane à 20 °C est 1,5 fois plus élevé que celui du fer, 2 fois plus élevé que celui du cuivre et environ 3 fois plus élevé que celui de l'aluminium.
Durcissement
Lors du traitement thermique du titane, une couche alpha se forme à la surface des produits semi-finis grâce à l'interaction active du titane chaud avec l'oxygène et l'azote.
| Nuance d'alliage | Teneur en oxygène de la couche altérée mg/cm2 | Profondeur de la couche altérée (mm) |
|---|---|---|
| VT-1 | 2,8 | 0,8 |
| OT-4 | 1,5 | 0,2 |
| VT3-1 | 2,5 | 0,6 |
| ВТ-5 | 4,2 | 2,0 |
| BT-6 | 2,2 | 0,6 |
| VT-9 coulé | 7,3 | 0,8 |
| Nuance d'alliage | Profondeur de nitruration | Dureté de surface kgf/mm2 |
|---|---|---|
| VT-1 | 0,06 - 0,08 | 750 - 850 |
| VT3-1 | 0,04 - 0,05 | 700 - 750 |
| VT-5 | 0,08 - 0,1 | 750 - 800 |
| VT-8 | 0,12 - 0,14 | 700 - 750 |
| VT-14 | 0,14 - 0,16 | 750 - 850 |
Lanitruration des alliages de titane améliore la résistance à la chaleur et surtout la résistance à l'usure et à l'abrasion. Le procédé de nitruration le plus courant consiste à chauffer des produits semi-finis dans une atmosphère d'azote pur à une température de 850 à 950°C. Si l'alliage contient de l'aluminium ou du zirconium, la vitesse et la profondeur de nitruration augmentent, jusqu'à une profondeur de 0,2 mm.
Ledurcissement au carbure (cémentation) est une méthode efficace pour durcir les alliages de titane. Elle est réalisée dans un mélange avec du charbon actif sous vide ou dans une atmosphère d'un mélange d'argon 5% de monoxyde de carbone, de méthane ou de propane... Le traitement dans une atmosphère d'un mélange gazeux conduit à une saturation en hydrogène, ce qui réduit la ductilité du titane. Le traitement au charbon de bois prend 24 à 48 heures mais conduit à une carburation plus profonde.
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