Titane Grade 2 vs Grade 5 (titane CP vs Ti-6Al-4V) : corrosion vs résistance mécanique, et comment choisir

Grade 2 est la nuance à spécifier lorsqu'une pièce doit résister à un milieu. Grade 5 est destiné aux pièces qui supportent une charge. Une fois que vous savez laquelle de ces deux fonctions est déterminante, la nuance est presque définie, et le travail restant concerne la forme de produit, l'état et les documents.

Grade 2 est du titane commercialement pur, UNS R50400, ne contenant que de faibles quantités contrôlées d'oxygène et de fer. Grade 5 est l'alliage Ti-6Al-4V, UNS R56400, avec environ 6 pour cent d'aluminium et 4 pour cent de vanadium. Ces ajouts procurent un niveau de résistance beaucoup plus élevé et réduisent quelque peu la soudabilité et l'aptitude au formage à froid qui permettent de transformer facilement le titane commercialement pur en équipements.

Spécifier Grade 5 pour un service de corrosion qui ne subit jamais de charge réelle signifie payer pour une résistance que la pièce n'utilisera jamais, puis devoir travailler un alliage plus dur lors de chaque soudure et de chaque opération de formage. L'erreur inverse est plus grave. Grade 2 placé sous un chemin de charge dimensionné pour Ti-6Al-4V atteint sa limite d'élasticité.

Métal pur contre alliage

Le titane commercialement pur conserve les propriétés qui rendent ce métal attrayant pour les fabricants : comportement à la corrosion sans complications liées aux éléments d'alliage, soudures qui restent ductiles et tôle apte au formage à froid. Ti-6Al-4V échange une partie de ce comportement en fabrication contre de la résistance et de la rigidité. Chaque différence ci-dessous découle de cette distinction.

La même distinction s'applique aux propriétés que personne ne vérifie lors de cette comparaison. Grade 5 conduit le courant électrique et la chaleur environ trois fois moins bien que Grade 2, ce qui n'a d'importance que sur quelques pièces mais est fixé dès que la nuance est choisie. Résistivité et conductivité thermique par nuance présente les valeurs.

Résistance, et fondement de la comparaison

Les exigences minimales de résistance à la traction et de limite d'élasticité de Grade 5 sont nettement supérieures à celles de Grade 2 dans les cas où les deux nuances figurent sous la même norme de produit. Chaque minimum appartient à une norme, une forme de produit et un état spécifiques, et les valeurs applicables à une commande proviennent du tableau de la révision indiquée sur cette commande. La densité est presque identique, environ 4,5 g/cm3 pour Grade 2 et environ 4,4 g/cm3 pour Grade 5, de sorte que la résistance supplémentaire de l'alliage est obtenue pour pratiquement le même poids.

La ligne relative à la résistance reste volontairement qualitative. Des chiffres extraits de leur contexte peuvent conduire à utiliser une valeur de plaque dans un litige d'acceptation de barre. Il convient donc de lire les chiffres dans la norme applicable et sa révision, pour la forme et l'état commandés, et de les rapporter à cette commande.

Corrosion : les deux nuances se passivent, l'une est achetée pour cette propriété

Les deux forment le même film d'oxyde protecteur, et résistent donc à l'eau de mer, aux chlorures, aux acides oxydants et à de nombreux fluides de procédé. Ce qui les distingue est leur finalité. Grade 2 figure sur le plan lorsque la corrosion est déterminante et parce que le titane commercialement pur se soude sans difficulté dans les équipements anticorrosion. Grade 5 figure sur le plan lorsqu'une charge doit être supportée, et son comportement à la corrosion, aussi bon soit-il, ne détermine pas ce choix. Les acides réducteurs agressifs et les conditions de corrosion caverneuse à chaud dégradent les deux nuances simples. Ces applications relèvent de Grade 7 ou Grade 12.

Soudage, formage et usinage

Grade 2 se soude facilement et la soudure conserve sa ductilité, raison pour laquelle les fabricants l'utilisent couramment pour les équipements en titane soudé. Grade 5 peut être soudé, mais le procédé exige un contrôle plus strict. Les fabrications soudées en Grade 5 sont donc moins fréquentes.

Le formage suit la même distinction. Grade 2 peut être formé à froid en pièces de tôle, tubes et équipements fabriqués. Grade 5 présente une formabilité à froid limitée et obtient normalement sa forme à chaud, ou par usinage dans la masse.

Les deux nuances peuvent être usinées. Grade 5 est plus exigeant pour l'outillage, et un atelier chiffrant une pièce en Ti-6Al-4V prévoira davantage d'usure que pour la même géométrie en Grade 2.

Les fabricants choisissent couramment Grade 2 pour les échangeurs de chaleur, réservoirs, revêtements d'appareils et équipements chimiques. Il s'agit d'applications de corrosion soudées et formées, de sorte qu'une résistance d'alliage inutilisée peut ajouter du travail de fabrication sans améliorer la décision de service.

Applications de chaque nuance

Grade 2 couvre les applications dominées par le service en corrosion et la fabrication :

• Échangeurs de chaleur, condenseurs et plaques tubulaires.
• Équipements de procédés chimiques, réservoirs, réacteurs et revêtements d'appareils à pression.
• Tuyauteries et composants marins et pour eau de mer.
• Anodes, électrodes et équipements électrochimiques.
• Fabrication en titane soudée ou formée en général.

Grade 5 couvre les pièces qui supportent la charge :

• Pièces structurelles aéronautiques, supports et raccords.
• Éléments de fixation, boulons, arbres et ressorts.
• Composants usinés à haute résistance.
• Équipements sportifs et à hautes performances où le rapport résistance/poids guide la conception.

Lorsqu'une conception exige à la fois une résistance élevée et la meilleure résistance à la corrosion caverneuse ou aux acides réducteurs, la réponse est une nuance plus spécifique examinée par un ingénieur corrosion, et non l'une de ces deux nuances par défaut.

Formes de produits et norme applicable à chacune

Les deux nuances ne partagent pas une liste unique de normes, et leur regroupement est là où commencent les erreurs de commande. Grade 2 (R50400) est fourni sous forme de tôle et plaque selon ASTM B265, tube selon ASTM B338, et barres selon ASTM B348. Les tubes Grade 2 suivent une voie distincte : ASTM B861 pour les tubes sans soudure, ASTM B862 pour les tubes soudés. Grade 5 (R56400) est fourni sous forme de barre selon ASTM B348 ou AMS 4928, plaque selon ASTM B265 et pièces forgées selon ASTM B381. ASTM B338 couvre les tubes Grade 2 et n'inclut pas Grade 5. Une exigence de tube Grade 5 ne peut donc pas suivre cette voie.

La barre est la forme pour laquelle une comparaison au niveau du matériau atteint ses limites. Le diamètre, l'état de livraison, la surépaisseur d'usinage et les lignes de demande qui distinguent une commande de barre Grade 2 d'une commande Grade 5 relèvent du guide de sélection des nuances de barres en titane, qui traite de la taille des barres, de l'état, de l'usinage et des décisions de demande de prix plutôt que du choix du matériau traité ici.

Ce qui définit la demande

Une demande ne mentionnant qu'une nuance laisse trop d'éléments ouverts pour établir un prix. Quatre éléments la précisent :

• La nuance et le numéro UNS avec la norme applicable, ainsi que la révision lorsqu'un plan en désigne une.
• Le fait que la corrosion ou la charge mécanique régisse la pièce, ce qui confirme la nuance plutôt qu'une préférence.
• La forme et les dimensions, avec l'état et l'exigence de surface tirés du plan, de la norme applicable ou de la commande.
• L'étendue du contrôle et des documents dont vous avez besoin, y compris le type de certificat et les résultats à rapporter, convenue pour cette commande au lieu d'être supposée.

Comment Beiyu Titanium fournit Grade 2 et Grade 5

Beiyu fournit des barres Grade 2 selon ASTM B348, des tôles et plaques selon ASTM B265, et des tubes selon ASTM B338. Les voies Grade 5 comprennent les barres ASTM B348 ou AMS 4928, les tôles et plaques ASTM B265, et les pièces forgées ASTM B381. Commencez la demande par l'exigence déterminante, corrosion ou charge, puis indiquez la nuance, la forme, les dimensions, l'état, la norme applicable et l'étendue documentaire requise. La voie produit disponible, les champs de traçabilité et les résultats rapportés sont fournis avec l'offre pour cette commande.

La comparaison dépend de chiffres, la méthode qui les sous-tend en fait donc partie

Une comparaison de nuances n'est fiable que dans la mesure où les chiffres comparés le sont. Deux certificats indiquant la même teneur en oxygène selon des méthodes différentes ne répondent pas à la même question, raison pour laquelle ASTM B348 désigne les méthodes sur lesquelles elle s'appuie plutôt que de les laisser à l'usine.

La désignation d'une méthode établit comment une valeur a été produite. Elle n'ajoute pas un contrôle que la commande n'a pas demandé, et elle ne rend pas interchangeables une analyse de coulée et une analyse ultérieure du produit.

Ce que la comparaison ne peut pas décider à votre place

Le choix entre Grade 2 et Grade 5 répond à la colonne de gauche. La colonne de droite doit toujours être indiquée dans la commande, quelle que soit la nuance retenue.

Pour voir qui d'autre publie ce matériau et ce que chacun indique, voir Fournisseurs d'éléments de fixation en titane Grade 5 : comparaison de cinq pages d'entreprises.

Détails des spécifications avec sources

L'écart de résistance est défini par ASTM B265, Tableau 2 : Grade 2 doit atteindre une résistance à la traction minimale de 345 MPa avec un allongement minimal de 20%, tandis que Grade 5 (Ti-6Al-4V) doit atteindre 895 MPa avec un allongement minimal de 10%. Grade 5 fournit environ 2.6 fois le seuil de résistance ; Grade 2 conserve deux fois le seuil de ductilité.

La composition détermine le reste du compromis : Grade 5 contient 5,50 à 6,75% Al et 3,50 à 4,50% V, selon ASTM B265, Tableau 1, ce qui porte la densité à 4,43 g/cm³ contre 4,51 g/cm³ pour Grade 2 (ASM Handbook, Vol. 2), mais rend le soudage et le formage à froid plus exigeants que pour la nuance non alliée.