Performances de résistance et de dureté du titane commercialement pur et son adéquation aux applications structurelles à charges lourdes-
Le titane commercialement pur (CP-Ti, généralement classé en grades tels que les grades 1 à 4 en fonction de la teneur en impuretés et du niveau d'oxygène) présente un profil de résistance et de dureté distinct qui varie en fonction de sa qualité.
En termes dedureté, sous forme de -CP coulé ou recuit-Ti a généralement une dureté Brinell (HB) allant de 80 à 150. Le grade 1 (le grade le plus ductile et le plus faible-résistance) a un HB d'environ 80 à 100, tandis que le grade 4 (la résistance la plus élevée- parmi les grades purs commerciaux) peut atteindre un HB de 130 à 150, ce qui est nettement inférieur à cela. d'acier à haute résistance (par exemple, d'acier allié trempé et revenu avec un HB dépassant souvent 300) ou d'alliages de titane (tels que Ti-6Al-4V avec un HB d'environ 300).
Pourrésistance à la traction, CP-Ti de grade 1 a une limite d'élasticité d'environ 170 à 240 MPa et une résistance à la traction ultime de 240 à 300 MPa ; CP-Ti de grade 4, avec une teneur en oxygène plus élevée (un élément de renforcement de solution solide-), atteint une limite d'élasticité de 480 à 550 MPa et une résistance à la traction ultime de 550 à 620 MPa. Cependant, même la qualité commerciale de titane pur la plus résistante ne répond pas aux exigences mécaniques des structures à charges lourdes. Les composants à charge lourde (par exemple, les poutres de pont, les châssis de machines lourdes, les structures porteuses principales de l'aérospatiale) exigent généralement des limites d'élasticité supérieures à 600 MPa et une excellente résistance à la fatigue sous des charges cycliques. La résistance absolue relativement faible du CP-Ti, associée à son module d'élasticité plus faible (environ 110 GPa, soit environ la moitié de celui de l'acier), conduit à une déformation élastique excessive sous de lourdes charges, ce qui compromet la stabilité structurelle et la précision dimensionnelle. Ainsi,le titane commercialement pur ne peut pas satisfaire aux exigences des applications structurelles à lourdes charges-; au lieu de cela, les alliages de titane (par exemple, Ti-6Al-4V avec une limite d'élasticité supérieure à 860 MPa) ou les aciers à haute résistance sont préférés pour de tels scénarios.
Plasticité, ténacité du titane commercialement pur et son comportement de fragilité à basses températures
Le titane commercialement pur possède une excellenteplasticité et ténacitédans sa plage de service de température-ambiante. À l'état recuit, le CP-Ti de grade 1 peut atteindre un allongement à la rupture de 20 à 30 % et une réduction de surface de 40 à 60 %, permettant l'emboutissage profond, le forgeage et d'autres processus de formage complexes sans fissuration. Le CP-Ti de grade 4, malgré sa résistance plus élevée, conserve toujours un allongement respectable de 10 à 15 %, équilibrant ainsi la résistance et la formabilité. En termes de ténacité, le CP-Ti a une ténacité élevée (KIC) de 50 à 80 MPa·m^(1/2) à l'état recuit, ce qui est nettement supérieur à celui de nombreux alliages fragiles et garantit une résistance à une rupture fragile soudaine sous impact ou charges dynamiques.
Concernant les performances àbasses températures, le titane commercialement pur ne présente pas de fragilité à froid, un avantage essentiel par rapport aux aciers au carbone (qui ont tendance à devenir fragiles en dessous de leur température de transition ductile-fragile, généralement autour de -20 degrés à -40 degrés). CP-Ti conserve une bonne ductilité et ténacité même à des températures extrêmement basses (telles que des températures cryogéniques de -253 degrés, proches du point d'ébullition de l'hydrogène liquide). Par exemple, à -196 degrés (température de l'azote liquide), le CP-Ti de grade 2 maintient toujours un allongement supérieur à 15 % et ne présente aucune baisse significative de la résistance aux chocs. Ceci est attribué à la structure cristalline hexagonale compacte (HCP) du titane qui, tout en ayant moins de systèmes de glissement que les métaux cubiques centrés (BCC) à température ambiante, subit un mouvement de dislocation et une capacité de déformation améliorés à basses températures sans le mécanisme de fragilisation observé dans les aciers BCC (par exemple, ségrégation des joints de grains ou fracture par clivage). Donc,le titane commercialement pur ne deviendra pas cassant dans des environnements à basse-températureet est largement utilisé dans l'ingénierie cryogénique, comme les équipements de stockage et de transport de gaz naturel liquéfié (GNL) et les composants cryogéniques aérospatiaux.
