Mesures techniques pour l’alliage de titane à faible coût

Conception low cost en alliage de titane

Le développement d’alliages de titane à faible coût et la préparation à faible coût des alliages de titane sont les points chauds actuels de la recherche en alliage de titane. Les États Unis ont réalisé un grand nombre de conceptions et de développements dans la conception d’alliages utilisant des matières premières bon marché et en améliorant les caractéristiques de traitement des matériaux. Timetal utilise une forme bon marché d’alliage de maître Fe-Mo pour ajouter l’élément Fe à l’alliage Ti-10V-2Fe-3Al, au lieu de l’élément V coûteux, a développé un nouveau type de haute résistance et à faible coût alliage de titane Timetal-LCB (Ti-4.5Fe -6.8Mo- 1.5Al). L’alliage Timetal-LCB a une excellente résistance à la résistance à la force, à la ductilité et à la fatigue, et l’alliage a une excellente maniabilité dans les conditions de traitement thermique et d’extinction des solutions. En réponse aux exigences de recherche de Ford, Timetal a également conçu et développé un nouveau type d’alliage de titane à faible coût Timetal 6-2S (Ti-6Al-1.7Fe-0.1Si) pour les applications non aérospatiales. L’alliage utilise un élément Fe relativement peu coûteux pour remplacer l’élément V de l’alliage Ti-6Al-4V. Sans perdre la résistance et la rigidité de l’alliage, son coût de production est réduit de 15% à 20% par rapport à l’alliage Ti-6Al-4V. Afin de répondre aux exigences des véhicules blindés pour la performance des matériaux, Huachang Corporation des États-Unis a développé un nouvel alliage de titane à faible coût Ti-4Al-2.5V-1.5Fe-0.25O. L’alliage a de bonnes propriétés mécaniques, résistance à la corrosion et des propriétés élastiques, et sa résistance à l’impact des balles est meilleure que l’alliage Ti-6Al-4V ELI. Comparé à l’alliage Ti-6Al-4V, cet alliage a un coût de production inférieur et est le matériau de choix pour les plaques d’armure ou les pièces de véhicules militaires.

Les entreprises japonaises ont également effectué beaucoup de travail sur la recherche et le développement d’alliages de titane à faible coût. La série d’alliages de titane Ti-Fe-O-N est l’un des alliages de titane à faible coût typiques, développé conjointement par Japan Iron and Steel Corporation et Toho Titanium. Ce type d’alliage utilise des éléments O et N pour remplacer l’élément Al de l’alliage Ti-6Al-4V, et l’élément Fe remplace l’élément V de l’alliage Ti-6Al-4V. L’alliage a une bonne machinabilité et d’excellentes performances, et le coût est significativement inférieur à l’alliage Ti-6Al -4V. En termes de réduction des coûts de fabrication d’alliages et de réduction des pertes, le Japon a développé l’alliage de titane superplastique Ti4.5Al-3V-2Mo-2Fe, c’est-à-dire l’alliage de titane SP-700. L’alliage peut utiliser la technologie de liaison de formation et de diffusion superplastique à des températures inférieures à 800 °C, et la température de formation superplastique est significativement inférieure à celle de l’alliage Ti-6Al-4V, réduisant ainsi les coûts de production.

La recherche chinoise sur les alliages de titane à faible coût vient de commencer. Le Northwest Nonferrous Metals Research Institute a effectué des recherches sur des matériaux en alliage de titane à faible coût tels que le quasi-α Ti8LC et le til2LC proche de β utilisés dans l’industrie des armes ou l’industrie civile. Les alliages de titane Ti8LC et Til2LC adoptent des alliages de maître Fe-Mo bon marché pour remplacer les alliages V et Cr plus chers, etc., ce qui réduit le coût des matières premières de l’alliage.


Technologie de traitement à faible coût de l’alliage de titane

En ce qui concerne la conception du traitement afin d’améliorer l’utilisation de l’énergie et des matériaux, elle dépend principalement du traitement à haut rendement et des procédés courts et de l’amélioration de l’utilisation des matériaux afin de réduire les coûts. En termes de fusion, le progrès le plus important est le développement du raffinage du four à lit de refroidissement, y compris le four de lit de refroidissement de faisceau d’électrons (four EB) et le raffinage de four de lit de refroidissement de plasma. Les principaux avantages du raffinage des fours à lit froid sont les suivants : 1 meilleure élimination des inclusions à haute densité et à faible densité pour obtenir des lingots à grain fin et uniformes; 2 100 % d’utilisation de matières résiduelles comme matières premières; 3 fusion unique à certaines fins Des lingots, des dalles, des lingots creux, etc. sont produits pour réduire la quantité de traitement ultérieur dans la production de plaques et de tubes. En termes de moulage, la technologie de coulée de précision est développée. Le titane éponge doit être refondé par arc dans le vide. En général, il faut deux fusions ou même trois fusions pour obtenir du titane ou de l’alliage avec une pureté et une microstructure appropriées. Par conséquent, le remplacement du processus de fusion des lingots (qui représente généralement 15 % du coût total du titane) par un processus de forme quasi nette, comme le moulage de précision, est devenu un autre moyen efficace de réduire les coûts. La technologie de moulage et de roulement continue peut réduire la consommation d’énergie, accroître l’efficacité de la production et le rendement du produit, et améliorer l’uniformité des produits. Il a été utilisé avec succès dans la production d’acier et d’aluminium. Récemment, l’Institut japonais des matériaux métalliques a mené des expériences de base sur le processus continu de coulée et de roulement des alliages de titane. Des études ont montré que le titane a une excellente thermoplasticité et une faible résistance thermique (au-dessus de 1 200 K), et a de meilleures performances de traitement à haute température que l’acier. Tant qu’aucune déformation de flexion ne se produit au-dessus du point de température de transition de phase, elle peut être traitée avec l’équipement traditionnel continu de coulée et de roulement. En outre, la métallurgie en poudre, la technologie de moulage/diffusion superplastique, le moulage au laser, etc. peuvent raccourcir le flux de traitement et réduire les coûts.