La question de savoir si le titane est lourd dépend entièrement de ce à quoi vous le comparez, et les deux réponses vont dans des directions opposées. Par rapport à l'acier, non : le titane pèse un peu plus de la moitié, et c'est généralement pourquoi il figure sur le plan. Par rapport à l'aluminium, oui : le titane est environ deux tiers plus lourd. La question ne devient utile qu'une fois que vous savez laquelle de ces deux comparaisons vous effectuez réellement, et une fois que la densité est rattachée à une nuance plutôt qu'au mot titane.
Il n'existe pas de densité unique pour le titane
Le titane commercialement pur et le titane allié n'ont pas le même poids, et la différence est déterminée par la nuance indiquée sur la commande. Ce sont les valeurs sur lesquelles Beiyu Titanium calculateur de poids s'appuie.
| Nuance | Densité (g/cm³) | Par rapport à Grade 2 |
|---|---|---|
| Grade 1, 2, 7 et 12 | 4.51 | Référence |
| Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) | 4.48 | 0,7 pour cent plus léger |
| Grade 5 et Grade 23 (Ti-6Al-4V et ELI) | 4.43 | 1,8 pour cent plus léger |
L'écart entre les nuances est suffisamment faible pour ne jamais déterminer à lui seul le choix d'une nuance. Il est suffisamment important pour compter lorsqu'une personne rapproche un poids calculé d'un poids livré, situation dans laquelle la question se pose habituellement en pratique.
Ce que cela représente pour une pièce
La densité est une abstraction jusqu'à ce qu'elle prenne une dimension. Le tableau ci-dessous concerne les barres rondes, en kilogrammes par mètre, calculés à partir des densités ci-dessus en utilisant la section transversale de la barre. La colonne inox utilise la valeur d'environ 8,0 g/cm³ utilisée sur nos pages de comparaison pour l'acier inoxydable.
| Diamètre | Grade 2 à 4.51 | Grade 5 à 4.43 | Inox à environ 8.0 |
|---|---|---|---|
| 10 mm | 0,35 kg/m | 0,35 kg/m | 0,63 kg/m |
| 16 mm | 0,91 kg/m | 0,89 kg/m | 1,61 kg/m |
| 20 mm | 1,42 kg/m | 1,39 kg/m | 2,51 kg/m |
| 25 mm | 2,21 kg/m | 2,17 kg/m | 3,93 kg/m |
| 32 mm | 3,63 kg/m | 3,56 kg/m | 6,43 kg/m |
| 40 mm | 5,67 kg/m | 5,57 kg/m | 10,05 kg/m |
| 50 mm | 8,86 kg/m | 8,70 kg/m | 15,71 kg/m |
Pour Grade 2, le gain par rapport à l'inox est d'environ 44 pour cent sur chaque ligne, et pour Grade 5 d'environ 45, car il s'agit d'un rapport de densité et la géométrie s'annule. Ce sont les chiffres à retenir : une pièce en Grade 2 pèse environ 44 pour cent de moins que la même pièce en inox, et environ 67 pour cent de plus que la même pièce en aluminium.
Le titane comparé aux deux métaux qu'il remplace habituellement
| Densité (g/cm³) | Même pièce, masse relative | Usage prévu | |
|---|---|---|---|
| Aluminium | environ 2.7 | Environ 40 pour cent plus léger que le titane | Masse minimale lorsque la charge et l'environnement le permettent |
| Titane, Grade 2 | 4.51 | Référence | Résistance à la corrosion à résistance modérée |
| Titane, Grade 5 | 4.43 | 1,8 pour cent plus léger que Grade 2 | Pièces porteuses où la masse coûte de l'argent |
| Acier inoxydable | environ 8.0 | Environ 77 pour cent plus lourd que le titane | Prix et facilité de fabrication |
Ces deux pourcentages sont généralement là où commence la confusion dans cette question. À 4.51 contre 8.0, le titane est 43.6 pour cent plus léger que l'acier inoxydable et l'acier inoxydable est 77.4 pour cent plus lourd que le titane, arrondis sur cette page à 44 et 77. Il s'agit du même fait vu depuis des extrémités opposées, et il convient de noter que les deux chiffres arrondis ne sont pas l'inverse l'un de l'autre, ils ne peuvent donc pas être substitués l'un à l'autre dans une phrase.
Pourquoi la densité est généralement la mauvaise question
Très peu de pièces sont sélectionnées sur la seule base de la masse. Ce qui décide d'une substitution est la charge que la pièce supporte pour la masse qu'elle ajoute, et selon cette mesure le classement change. Le titane Grade 5 atteint environ 895 MPa de résistance à la traction contre environ 515 MPa pour l'acier inoxydable 316 recuit, à un peu plus de la moitié de la densité. Ce rapport, plutôt que la densité seule, est ce qu'achète une pièce tournante ou un ensemble soumis à un budget de masse.
Par rapport à l'aluminium, la même logique s'applique dans le sens inverse de celui indiqué par la densité brute. L'aluminium est plus léger, mais le titane supporte une charge absolue bien plus élevée pour une section donnée, de sorte qu'une pièce en titane peut être plus mince tout en supportant une force plus élevée. Les deux comparaisons sont détaillées dans les titane par rapport à l'acier inoxydable et titane par rapport à l'aluminium pages.
Le poids calculé et le poids livré ne sont pas le même nombre
Chaque chiffre ci-dessus est un poids calculé : diamètre nominal, densité nominale, géométrie parfaite. Une barre livrée se situe quelque part dans la tolérance de diamètre de la norme selon laquelle elle a été commandée, et sa masse varie avec le carré du diamètre, de sorte qu'un diamètre en limite supérieure de tolérance contient plus de métal que la valeur nominale, et cet excédent augmente avec le carré du diamètre.
| Là où cela a un impact | À quoi cela ressemble | Ce qui le résout |
|---|---|---|
| Rapprocher une livraison d'un calcul | Une livraison pesant plus que le calcul semble être une erreur, alors que la norme l'autorise explicitement | Convenez de la base de poids, calculée ou pesée, avant la commande |
| Budgets de masse de conception | Une valeur calculée considérée comme exacte ne laisse aucune marge pour la tolérance selon laquelle le matériau est fourni | Établissez le budget selon la plage de tolérance, et non selon le diamètre nominal |
Aucun des deux n'est un problème de qualité, et les normes le disent expressément. Ce qui surprend est que la marge ne s'applique que dans un sens : elle permet au poids livré d'être supérieur à celui du calcul, et il n'existe pas de tolérance négative correspondante, car un poids insuffisant est contrôlé par les tolérances dimensionnelles à la place.
| Norme et forme | Excédent de poids autorisé par rapport à la valeur calculée |
|---|---|
| ASTM B348, barre et billette | Jusqu'à 10 pour cent au-dessus du poids théorique, toute dimension commandée, toute finition |
| ASTM B265, tôle : cinq tôles ou moins, ou un article estimé à 200 lb (91 kg) ou moins | Jusqu'à 10 pour cent au-dessus du poids estimé |
| ASTM B265, tôle : plus de cinq tôles et poids estimé supérieur à 200 lb | Jusqu'à 7,5 pour cent au-dessus du poids estimé |
| ASTM B265, bande | Jusqu'à 10 pour cent au-dessus du poids estimé |
Notez que la formulation diffère entre les deux normes : B348 mesure par rapport au poids théorique et B265 par rapport au poids estimé . Notez également que B265 ne fixe aucune tolérance négative sur le poids pour la tôle, et que lorsque de la tôle de longueur non définie ou de dimension usine est commandée sur une base de pied carré, la surface en pieds carrés expédiée peut dépasser la quantité commandée jusqu'à 5 pour cent. Ce sont les clauses à avoir à disposition lorsqu'un poids livré est contesté.
Questions complémentaires courantes
Le titane est-il lourd à manipuler dans l'atelier ? Par rapport aux produits en acier inoxydable ou en acier qu'il remplace habituellement, non, et les fabricants le constatent immédiatement lors de la manutention et de la mise en position. Par rapport à l'aluminium, il paraît dense. En pratique, la question n'a pas de réponse tant qu'un métal de comparaison ne lui est pas associé.
Le titane est-il plus lourd que l'aluminium ? Oui, d'environ 67 pour cent, à 4.51 contre environ 2.7 g/cm³. L'aluminium l'emporte en poids brut et le titane l'emporte lorsque la pièce doit supporter une charge ou résister à la corrosion.
Le titane est-il plus léger que l'acier ? Oui, par rapport aux deux types, et les deux gains diffèrent suffisamment pour devoir être distingués. Par rapport à l'acier inoxydable à environ 8.0 g/cm³, une pièce en Grade 2 est environ 44 pour cent plus légère. Par rapport à l'acier au carbone à environ 7.85, le gain est légèrement supérieur à 40 pour cent. Citer le chiffre de l'acier inoxydable pour un remplacement d'acier au carbone surestime le gain.
Pourquoi le titane paraît-il plus lourd que les gens ne l'attendent ? Parce que la comparaison que les gens font dans leur main est généralement avec l'aluminium, non avec l'acier. Un article en titane pris à froid paraît substantiel à côté d'un article en aluminium de même taille, et sa réputation de légèreté provient plutôt de la comparaison avec l'acier.
Quelle nuance de titane est la plus légère ? Parmi les nuances de cette page, Grade 5 et Grade 23 à 4.43, mais l'écart par rapport au titane commercialement pur est de 1.8 pour cent et aucune pièce ne devrait être spécifiée sur cette base. Choisissez la nuance en fonction de la résistance et de la corrosion, puis retenez la densité qui l'accompagne.
Le certificat matière indique-t-il la densité ? Non. ASTM B348 exige que le rapport certifie que le matériau a été fabriqué, contrôlé, échantillonné et testé conformément à la spécification, et donne les résultats de l'analyse chimique, des essais de traction et des autres essais requis. La dimension apparaît comme description de l'article, non comme résultat mesuré, et la densité n'apparaît nulle part : c'est une propriété de la nuance plutôt que de la coulée. Une valeur de poids est donc calculée à partir de la densité publiée de la nuance et vérifiée par rapport à la tolérance dimensionnelle, non lue sur le certificat.
Détails des spécifications avec sources
Les densités de 4.51 g/cm³ pour Grades 1, 2, 7 et 12, de 4.48 pour Grade 9 et de 4.43 pour Grade 5 et Grade 23 sont les constantes utilisées par le calculateur de poids Beiyu Titanium, et ce calculateur est la seule source utilisée sur toute cette page. Lorsqu'une fiche technique de nuance individuelle indique une densité, elle reprend le même chiffre : les fiches Grade 2 et Grade 7 donnent 4.51 et les fiches Grade 5 et Grade 23 donnent 4.43, les deux fiches d'alliage ajoutant que les fiches usine indiquent une plage de 4.42 à 4.47 et citant l'ASM Handbook. Les fiches Grade 1, Grade 9 et Grade 12 n'indiquent aucune densité, de sorte que, pour ces nuances, le calculateur est le seul chiffre du site. Les chiffres en kilogrammes par mètre sont des calculs arithmétiques à partir de ces densités et de l'aire de section circulaire du diamètre indiqué, non des valeurs publiées séparément. Le chiffre de comparaison d'environ 8.0 g/cm³ pour l'acier inoxydable et le gain résultant d'environ 44 pour cent sont les chiffres figurant sur notre page titane contre acier inoxydable, et le chiffre d'environ 2.7 g/cm³ pour l'aluminium est celui figurant sur la page titane contre aluminium. Les chiffres de résistance à la traction d'environ 895 MPa pour Grade 5 et d'environ 515 MPa pour l'acier inoxydable 316 recuit proviennent également de la page de comparaison avec l'acier inoxydable. Les tolérances de surpoids sont les clauses de poids des deux spécifications : ASTM B348 indique que le poids d'expédition de tout article d'une dimension commandée, dans toute finition, peut dépasser le poids théorique jusqu'à 10 pour cent, tandis qu'ASTM B265 fixe sa tolérance pour la tôle à 10 pour cent au-dessus du poids estimé pour cinq tôles ou moins ou les articles de 200 lb (91 kg) ou moins et à 7.5 pour cent au-dessus au-delà, précise qu'il n'existe aucune tolérance négative de poids pour la tôle car le sous-poids est contrôlé par les variations d'épaisseur admissibles, autorise la surface en pieds carrés des tôles de longueur non définie ou de dimension usine à dépasser la commande jusqu'à 5 pour cent, et fixe la tolérance pour la bande à 10 pour cent au-dessus du poids estimé. Le contenu du certificat décrit ci-dessus est la clause de certification d'ASTM B348.
Obtenir le bon poids sur une commande
Si la masse fait partie de la décision, la nuance, la forme et les dimensions finies la déterminent, et le calcul en découle. Envoyez la nuance, la forme du produit, les dimensions nominales et la longueur ou la quantité, et indiquez sur quelle base de poids votre propre chiffre a été calculé, car un poids calculé et un poids livré ne sont pas le même chiffre et les tolérances de surpoids ci-dessus se situent entre les deux. Beiyu Titanium fournit du titane en Grade 1, 2, 5, 7, 9, 12 et 23 sous forme de barre, plaque, tôle, tube et pièces forgées selon les spécifications ASTM et AMS, avec un certificat de réception 3.1 selon EN 10204, suivant le périmètre de la commande.