Titane coulée d'investissement utilise sept principaux types d'alliages, chacun conçu pour des applications spécifiques. Le plus courant est le Ti-6Al-4V (grade 5), qui représente plus de 50 % des applications de moulage de titane. Ces alliages vont du titane commercialement pur pour sa résistance à la corrosion aux alliages bêta complexes pour des exigences de résistance extrême.
Le moulage à la cire perdue permet aux fabricants de créer des pièces complexes en titane aux parois fines et aux détails précis. Ce procédé est particulièrement adapté à ces alliages spécifiques, car ils conservent une bonne fluidité à l'état fondu et se solidifient avec un minimum de défauts.
| Aluminium | Composition clé | UT (MPa) | YS (MPa) | Allongement (%) | Dureté (HB) |
|---|---|---|---|---|---|
| CP Ti (Grade 2) | Ti ≥ 99.2 % (C≤0.08 %, N≤0.03 %, O≤0.25 %, H≤0.015 %, Fe≤0.30 %) | ≈345 | ≈275 | ≈20 | ~160 (≈46 HRC) |
| Ti-6Al-4V (Grade 5) | Al 5.5 à 6.5 %, V 3.5 à 4.5 % ; C≤0.08 %, Fe≤0.25 %, N≤0.05 %, O≤0.2 % | 900-1000 | 828-910 | 10-18 | ≈36 HRC |
| Ti-6Al-4V ELI (Grade 23) | Identique au Grade 5 mais avec une teneur en O inférieure (≤ 0.13 %) pour la ténacité | ≈895–1000 | ≈828–910 | 12-18 | ≈36 HRC |
| Ti-6Al-7Nb (ASTM F1295) | Al 5.5–6.5 %, Nb 6.5–7.5 % ; C ≤ 0.08 %, Fe ≤ 0.25 %, O ≤ 0.20 %, N ≤ 0.05 % | ≈900 (≥900) | ≥ 800 | ≥ 10 | - |
| Ti-6Al 2Sn-4Zr-2Mo | Al 5.5 à 6.5 %, Sn 1.8 à 2.2 %, Zr 3.6 à 4.4 %, Mo 1.8 à 2.2 % ; Fe≤0.25 %, O≤0.15 % | 1110 | 1050 | 13 | 318 HB (34 HRC) |
| Ti-5Al-2.5Sn (Grade 6) | Al 4–6 %, Sn 2–3 % ; Fe ≤ 0.50 %, O ≤ 0.20 %, N ≤ 0.03 % | ≈830 | ≈795 | ≈10 | 320 HB (36 HRC) |
| Bêta (15-3-3-3) | V 15 %, Cr 3 %, Al 3 %, Sn 3 % ; équilibre Ti | 790 | 770 | 22 | HRB 95 |
Le titane commercialement pur grade 2 contient 99.2 % de titane et de faibles quantités d'oxygène, d'azote et de carbone. Cet alliage offre la meilleure résistance à la corrosion parmi toutes les nuances de titane.
Le grade 2 de titane CP excelle dans les équipements de traitement chimique et les applications marines. Sa résistance inférieure à celle des autres grades le rend idéal lorsque la ductilité et la formabilité sont plus importantes que les propriétés mécaniques.
La température de coulée du grade 2 varie de 1,670 1,720 °C à XNUMX XNUMX °C. Les fondeurs à cire perdue doivent utiliser des moules en céramique spéciaux capables de résister à ces températures extrêmes sans réagir avec le titane.
Le Ti-6Al-4V est l'alliage de titane le plus performant. Il contient 6 % d'aluminium et 4 % de vanadium, offrant un excellent équilibre entre résistance, poids et résistance à la corrosion.
Cet alliage alpha-bêta conserve sa résistance jusqu'à 400 °C. Les fabricants aéronautiques l'utilisent pour les aubes de turbine, les composants structurels et les pièces de trains d'atterrissage.
La polyvalence de cet alliage s'étend au-delà du secteur aérospatial. Les fabricants de dispositifs médicaux moulent des implants de hanche et des composants dentaires à partir de l'alliage de grade 5. Sa biocompatibilité et sa résistance à la fatigue en font un matériau idéal pour une implantation à long terme.
La coulée à la cire perdue de grade 5 nécessite un contrôle précis de la température. La température de coulée varie généralement entre 1,700 1,750 °C et XNUMX XNUMX °C. Une conception adéquate du moule permet d'éviter les déchirures à chaud lors de la solidification.
Le grade 23 à interstitiel extra faible (ELI) offre une ductilité et une ténacité à la rupture améliorées par rapport au grade 5 standard. La teneur réduite en oxygène (0.13 % maximum contre 0.20 %) crée ces propriétés améliorées.
Les applications médicales dominent l'utilisation du Grade 23. Les cages de fusion vertébrale, les vis osseuses et les dispositifs cardiovasculaires bénéficient de sa résistance supérieure à la fatigue dans les fluides corporels.
Le procédé de coulée du grade 23 exige des contrôles plus stricts. Les fonderies doivent minimiser la contamination par l'oxygène et l'azote lors de la fusion et du coulage. Des atmosphères sous vide ou sous argon protègent le métal en fusion.
Le Ti-6Al-7Nb remplace le vanadium par le niobium, éliminant ainsi les risques de libération d'ions vanadium dans le corps humain. Cet alliage offre des propriétés mécaniques comparables à celles du Grade 5, tout en offrant une biocompatibilité supérieure.
Les fabricants européens de dispositifs médicaux privilégient cet alliage pour les implants permanents. Sa résistance à la corrosion dans les solutions physiologiques est supérieure à celle du Ti-6Al-4V.
Le moulage à la cire perdue Ti-6Al-7Nb nécessite des paramètres similaires à ceux du Grade 5. L'ajout de niobium augmente légèrement le point de fusion, nécessitant des températures d'environ 1,720 1,770 °C à XNUMX XNUMX °C pour un écoulement optimal.
Cet alliage quasi-alpha conserve sa résistance jusqu'à 500 °C. Les ajouts d'étain et de zirconium renforcent la solution solide, tandis que le molybdène améliore la résistance au fluage à haute température.
Les fabricants de moteurs à réaction recommandent cet alliage pour les disques et les aubes de compresseur. Sa résistance supérieure au fluage permet d'obtenir des sections plus fines, réduisant ainsi le poids des composants.
La chimie complexe exige un contrôle précis de l'alliage lors de la fusion. Les fondeurs à cire perdue utilisent généralement la refusion à l'arc sous vide pour garantir l'homogénéité chimique. Les températures de coulée varient de 1,750 1,800 °C à XNUMX XNUMX °C.
Le grade 6 offre une résistance intermédiaire entre le titane CP et le Ti-6Al-4V. L'ajout d'étain renforce la solution solide sans former de phases cassantes.
Cet alliage excelle aux températures cryogéniques. Les entreprises aérospatiales l'utilisent pour les réservoirs de carburant liquide et les systèmes de tuyauterie cryogénique. Sa soudabilité surpasse celle des alliages de titane à plus haute résistance.
La coulée à la cire perdue de nuance 6 s'avère moins complexe que celle d'alliages plus complexes. L'absence d'éléments bêta-stabilisants réduit la ségrégation lors de la solidification. Les températures de coulée typiques varient de 1,680 1,730 °C à XNUMX XNUMX °C.
Le Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn est un alliage bêta métastable doté d'une exceptionnelle formabilité à froid. Après mise en solution et vieillissement, il atteint des résistances supérieures à 1,400 XNUMX MPa.
Cet alliage est utilisé dans les ressorts, les fixations et les composants en tôle. Le moulage à la cire perdue permet la production de boîtiers de ressorts complexes et de fixations spécialisées impossibles à usiner.
Les alliages de titane bêta présentent des défis de coulée uniques. Leur forte teneur en bêta-stabilisant favorise la ségrégation lors de la solidification. Les fondeurs doivent utiliser des techniques de solidification rapide et un traitement thermique ultérieur pour obtenir des propriétés uniformes.
La température de coulée du 15-3-3-3 varie généralement de 1,650 1,700 °C à XNUMX XNUMX °C, inférieure à celle des alliages alpha-bêta en raison de l'effet des stabilisateurs bêta sur le point de fusion.
