Méthodes de fabrication du titane
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Pourquoi la plaque composite en acier-titane est-elle spécifiée ?
Une plaque composite d'acier-titane place une fine couche de titane sur un support en acier de construction, de sorte que la résistance à la corrosion du titane n'est payée que là où elle est nécessaire. Par rapport à une plaque de titane solide, l'économie de coût des matériaux est substantielle et le support en acier fournit la rigidité et la résistance qu'exige une conception sous pression ou en cuve. Le produit est recouvert d'une plaque plaquée de métal réactif et réfractaire, et la couche de titane est commandée selon une qualité corroyée reconnue telle que ASTM B265/B265M Grade 2, qui présente une résistance à la traction minimale de 345 MPa et une limite d'élasticité minimale de 275 MPa.
Itinéraires de traitement à usage commercial
Quatre familles de procédés sont utilisées pour assembler les deux métaux : le laminage de lingots ou de packs avec un métal inséré, le rechargement explosif, le laminage avec bords sertis et soudés et le recouvrement de soudures. Le titane est un métal actif qui forme un oxyde stable et absorbe les éléments interstitiels à température. La production commerciale se concentre donc sur deux d'entre eux : le revêtement explosif à température ambiante et le collage par laminage avec une atmosphère contrôlée ou un vide entre les surfaces de contact.
| Itinéraire | Température de collage | Rapport de revêtement typique | Remarques |
|---|---|---|---|
| Revêtement explosif | Ambiant | Titane 2-14 mm sur acier épais | Interface ondulée, plaques de grande taille, pas d'intercalaire pour de nombreuses qualités |
| Collage à chaud | 850-1,000 C | Titane 0,5-3 mm | Assemblage serti et soudé, roulé en une seule passe |
| Explosif et roulant | Combiné | Bardage fin, tolérance serrée | Pré-liaison explosive puis laminée à chaud pour plus de planéité |
| Superposition de soudure | Processus d'arc | Couverture locale | Utilisé pour les réparations et les zones de buses |
Les revêtements explosifs en pratique
La plaque volante en titane est positionnée à une distance contrôlée-au-dessus de la plaque de base en acier et une détonation est déclenchée sur un bord. Le front de collision traverse la plaque à plusieurs kilomètres par seconde et les surfaces sont nettoyées, pressurisées et jointes en quelques microsecondes, produisant une liaison métallurgique ondulée sans faire fondre le matériau en vrac. Étant donné que le processus est effectué à température ambiante, aucun oxyde de titane ne se forme avant le front de liaison et aucune couche intermédiaire n'est normalement nécessaire. La vitesse de détonation, la distance de sécurité-et la densité de charge doivent être adaptées à l'épaisseur de la plaque afin que la liaison soit continue mais que l'interface ne fonde pas trop-.
Séquences de collage et de formage par rouleaux
Lors du collage par laminage, le support en acier et la feuille de titane sont empilés, les bords sont sertis et soudés pour exclure l'air, et le paquet est chauffé et roulé. Deux variantes sont courantes : le laminage de tôles épaisses, où le paquet lié est laminé par étapes jusqu'à l'épaisseur finie, et le laminage à chaud continu, où un assemblage long est traité sur un laminoir à bandes. Le pack doit être plat et le programme de laminage doit éviter une réduction excessive par passe, sinon des fissures de bord apparaîtront dans la couche de titane. Le traitement thermique après collage soulage les contraintes résiduelles et restaure les propriétés de corrosion de la surface du titane.
Qualité des obligations, tests et acceptation
L'acceptation est écrite autour de l'intégrité de la liaison plutôt que autour d'une seule propriété mécanique. L'examen par ultrasons de la zone complète de la plaque est effectué conformément à la pratique ASTM A578/A578M pour les plaques laminées, et un test de cisaillement est effectué à partir d'un coupon fixé à la plaque. Les documents d'approvisionnement indiquent normalement une résistance minimale au cisaillement pour la liaison, souvent 140 MPa pour le titane sur l'acier au carbone, ainsi qu'une zone non liée maximale autorisée sur les bords. Un test de pliage confirme la ductilité du joint et un nombre limité d'éprouvettes sont sectionnées pour révéler le profil de l'interface. Lorsque la plaque sera transformée en récipient, des essais de formage sont effectués avant que la commande complète ne soit émise.
Contrôle dimensionnel et manipulation
Le titane a environ la moitié du module élastique de l'acier et réagit différemment au laminage, de sorte que la planéité et la tolérance d'épaisseur dans la couche de titane sont contrôlées séparément de la plaque de support. L'épaisseur du revêtement est généralement spécifiée sous forme de tolérance positive uniquement, car une zone mince réduit la durée de vie, tandis que l'épaisseur globale des plaques suit la tolérance conventionnelle des plaques laminées. Les bords sont coupés pour obtenir un métal sain et le bord en acier exposé est protégé avant expédition car le couplage galvanique entre le titane et l'acier accélère la corrosion de l'acier lorsque les deux sont mouillés.
Foire aux questions
Q:Quel procédé choisir pour une couche de titane de 3 mm sur de l'acier de 30 mm ?
R : Le revêtement explosif est la réponse habituelle à cette combinaison, car le collage par rouleau à cette épaisseur de revêtement nécessite des réductions très importantes et donne une couverture moins fiable au niveau des bords des plaques.
Q:Une couche intermédiaire est-elle nécessaire entre le titane et l’acier au carbone ?
R : Pour la plupart des qualités commerciales, aucune couche intermédiaire n'est nécessaire si la liaison est réalisée en une seule étape et que l'interface est protégée de l'oxygène. Les intercalaires sont utilisés lorsqu'il existe une contrainte métallurgique spécifique ou lorsque la nuance de titane est difficile à lier directement.
Q:Quelle résistance au cisaillement le bon de commande doit-il exiger ?
R : Fixez la valeur dans l'ordre du calcul de conception, puis vérifiez-la sur un coupon de la même plaque. Un minimum de 140 MPa est une référence commerciale courante pour le titane sur l'acier au carbone, et il doit être confirmé par des tests plutôt que supposé.
Q:Comment une zone non liée est-elle détectée ?
R : Par examen ultrasonique à faisceau droit-sur toute la surface de la plaque. Les indications sont cartographiées, comparées à la limite d'acceptation indiquée dans la commande, et réparées par soudage uniquement lorsque la spécification autorise la réparation.
Q:La plaque composite peut-elle être soudée dans l'atelier du fabricant ?
R : Oui, avec des procédures écrites pour des articulations différentes. Le côté en titane est soudé avec une protection contre un gaz inerte et le côté en acier avec des méthodes conventionnelles, et la transition est normalement placée à l'écart des emplacements à fortes contraintes.
