Fil de titane à 1668 C : point de fusion par rapport au service

Fil de titane à 1668 C : Point de fusion vs Service

Une fiche technique de fil de titane indique un point de fusion de 1668 C, et les acheteurs la lisent raisonnablement comme un chiffre de résistance à la chaleur. Ce n'est pas le cas. Entre le point de fusion et la température à laquelle un fil peut réellement fonctionner à l'air, il y a un écart de plus de mille degrés, et cet écart est rempli par l'oxydation. Cette page sépare les deux chiffres, car une pièce conçue pour 1668 C échouera à 600 C tandis qu'une pièce conçue pour la limite de service réelle ne le fera pas.

Le point de fusion est un chiffre de fabrication

1668 C est la température à laquelle le métal devient liquide. Cela importe au fondeur, au soudeur qui doit fournir suffisamment d'énergie à une jointure, et à quiconque fait du brasage sous vide ou du travail au faisceau d'électrons. Cela dit presque rien à un concepteur sur le service, car bien avant cette température, la surface a déjà réagi avec l'atmosphère qui l'entoure. Le point d'ébullition de 3287 C est dans la même catégorie : une propriété du métal, pas une limite pour un fil.

La vraie limite à l'air est l'oxydation

Le titane est réactif. À température ambiante, l'oxyde qui se forme a une épaisseur de quelques nanomètres et protège le métal, c'est pourquoi le titane résiste à de nombreux produits chimiques. Chauffez cet oxyde et il grandit, et au-dessus d'environ 600 C, l'oxygène cesse de rester à la surface et commence à diffuser dans le métal, formant une couche dure et cassante connue sous le nom de cas alpha. Le fil conserve sa forme et perd sa ductilité, et la défaillance apparaît plus tard sous forme de fissure à une courbure ou à un pied de soudure.

Pour un service continu à l'air, le fil de titane de qualité commerciale pure est normalement maintenu en dessous d'environ 300 C, et de nombreuses spécifications sont plus conservatrices. Sous vide ou dans un gaz inerte de haute pureté, la limite augmente de plusieurs centaines de degrés, c'est pourquoi un montage de four et un élément de four ne sont pas conçus de la même manière même s'ils sont fabriqués dans la même qualité. L'atmosphère, pas seulement la température, décide de la réponse.

La faible conductivité thermique modifie le chauffage du fil

La conductivité thermique du titane est de 21,9 à 23,9 W/m·K, soit environ un quart de celle de l'acier au carbone et moins d'un dixième de celle du cuivre. La chaleur introduite dans un fil reste là où elle a été introduite. En soudage, cela est utile, car l'énergie de l'arc se concentre à la jointure au lieu de s'échapper le long du fil, et c'est peu utile, car la même concentration produit une zone affectée par la chaleur étroite et un gradient thermique abrupt qui peut laisser des contraintes résiduelles dans une section mince.

En service, la faible conductivité signifie qu'un fil de titane utilisé comme attache ou support n'égalise pas rapidement la température, de sorte qu'une pièce qui subit un cycle thermique aura un décalage entre ses extrémités. Là où le fil est utilisé pour sa résistance plutôt que pour sa solidité, la résistivité de 4,9 à 5,1 µΩ·m le place un ordre de grandeur au-dessus du cuivre, ce qui convient aux éléments chauffants et à la détection plutôt qu'à la conduction.

Résistance à température, pas seulement à température ambiante

Le bloc de spécifications de cette page indique une limite d'élasticité de 800 à 2000 MPa. Le titane de qualité commerciale pure recuit est bien en dessous de cela, avec le Gr2 spécifié à partir de 345 MPa de traction et une limite d'élasticité proche de 275 MPa, et les chiffres plus élevés appartiennent à un fil étiré à froid ou à une qualité d'alliage. Le même bloc indique une chaleur spécifique de 0,124 à 0,132 kJ/kg·K, tandis que la valeur à température ambiante pour le titane est d'environ 0,52 kJ/kg·K ; le chiffre de la page semble être dans des unités différentes. Les deux sont conservés tels qu'ils figuraient sur la page source, et une commande doit être passée en fonction de la qualité et de la norme.

Quelle que soit la qualité choisie, la résistance qui importe à température est inférieure à la valeur du certificat. Le titane s'adoucit progressivement à mesure qu'il se réchauffe, et un fil dimensionné sur sa limite d'élasticité à température ambiante rampera ou s'étirera dans une application chaude bien avant de se rompre. Lorsque la pièce est un ressort ou une attache chargée au-dessus d'environ 250 C, la conception doit utiliser un chiffre de résistance à chaud et une marge de fluage, pas seulement le certificat de laminoir.

Où le fil de titane fait sa place à la chaleur

Les applications qui fonctionnent sont celles qui combinent une température modérée avec la corrosion ou le poids. L'équipement de traitement chimique utilise du fil de titane pour l'attache et le support de treillis où l'environnement détruirait l'acier inoxydable. L'aérospatiale l'utilise dans des zones qui voient quelques centaines de degrés et nécessitent un faible poids. Les fours sous vide et les montages de traitement thermique l'utilisent à l'intérieur de la zone chaude où il n'y a pas d'oxygène avec lequel réagir. L'équipement médical et de laboratoire l'utilise là où le fil doit être nettoyé et stérilisé à plusieurs reprises.

Les applications qui déçoivent sont celles qui placent du fil de titane nu dans un four à air au-dessus de 600 C et s'attendent à ce qu'il se comporte comme un métal réfractaire. Ce ne sera pas le cas. Si ce service est requis, le matériau n'est pas du fil de titane du tout, et la réponse honnête est de changer l'alliage ou l'atmosphère plutôt que de changer de fournisseur.

Notes de commande

Indiquer la qualité et le numéro UNS, le diamètre et la tolérance, l'état, la longueur et le poids de la bobine, la surface et la norme avec son niveau de certificat. Indiquer ensuite la condition de service : température, atmosphère, si le fil est chargé, et s'il y a des cycles. Un fil commandé pour 300 C à l'air et un fil commandé pour 600 C sous vide peuvent être de la même qualité et du même diamètre et nécessiter des recuits et une protection de surface différents, et la seule façon pour le laminoir de le savoir est si la demande le précise.