1. Classification par composition chimique
En fonction de la teneur et du type d’éléments d’alliage en titane, il est divisé en deux catégories principales: le titane pur et les alliages de titane. C’est la base principale pour la sélection de la qualité dans la production.
- Titanium pur (Titanium pur commercial)
Ne contient que des traces d’impuretés (par exemple, Fe, C, N, O, H) sans ajout intentionnel d’éléments d’alliage. Il offre une bonne plasticité, une excellente résistance à la corrosion et une résistance modérée. Convient pour les composants nécessitant une résistance à la corrosion élevée mais pas une résistance élevée (par exemple, matériau de base pour les prothèses articulaires dans les implants médicaux, les tuyaux chimiques).
Classé en fonction de la teneur en oxygène (affectant la résistance et la plasticité). La correspondance entre les normes internationales (ISO) et chinoises (GB/T) est la suivante:
| Norme internationale (ISO 6852-2) | Norme chinoise (GB/T 2965) | Teneur en oxygène O (%) | Caractéristiques principales | Applications typiques |
| Grade 1 | TA1 | 0,18 | Bonne plasticité, faible résistance | Pièces à paroi mince nécessitant une haute résistance à la corrosion, sutures médicales |
| Grade 2 | TA2 | 0,25 | Bon équilibre entre résistance et plasticité | Implant en titane courant (ex. os artificiel, dentier), conteneurs chimiques |
| Grade 3 | TA3 | 0,35 | Haute résistance, plasticité légèrement inférieure | Pièces structurelles résistantes à la corrosion à résistance moyenne (ex. tubes d’échangeur de chaleur) |
| Grade 4 | TA4 | 0,40 | Haute résistance, faible plasticité | Pièces résistantes à la corrosion à haute résistance (ex. soupapes à clapet) |
- Alliages de titane (classés par principaux éléments d’alliage)
La résistance, la résistance à la chaleur, la résistance à la corrosion ou la biocompatibilité sont améliorées en ajoutant des éléments tels que Al, V, Mo, Zr, Nb. Ce sont des matériaux couramment utilisés dans des domaines haut de gamme (aviation, médecine). Classé en 4 systèmes principaux par type d’élément d’alliage:
(1) alliages de titane de type α (stable à basse température, excellente résistance à la corrosion)
Éléments d’alliage: Principalement des stabilisateurs α (p. ex., Al, Sn, Zr), sans stabilisateurs β ou minimes.
Caractéristiques: α structure monophasique à température ambiante, bonne soudabilité, résistance à la corrosion proche du titane pur, résistance supérieure au titane pur, mais résistance à haute température inférieure (≤500 ° C).
Classes typiques:
Grade 5 (Ti-6Al-4V ELI): Grade d’alliage de titane médical commun (ELI signifie « Interstitial extra bas », avec une teneur C / O / N plus faible, offrant une meilleure biocompatibilité), utilisé pour les articulations artificielles, les fixateurs internes de la colonne vertébrale.
Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) : haute résistance, haute plasticité, utilisée pour les tuyaux aéronautiques, les dispositifs d’intervention médicale (p. ex., les stents).
Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) : réduit davantage les éléments interstitiels par rapport à Grade 5, adapté aux implants humains à long terme.
(2) alliages de titane de type β (stable à haute température, haute résistance)
Principalement des stabilisateurs β (par exemple, Mo, Nb, Ta, V) en teneur élevée (≥10%).
Caractéristiques: Peut obtenir la structure monophasique β ou biphasique α + β à température ambiante par traitement d’éteinte / vieillissement. Offre une haute résistance (résistance à la traction ≥1100 MPa), une bonne utilisabilité à froid et une bonne biocompatibilité (ne contient pas d’éléments toxiques).
Classes typiques (médicalement liées):
Ti-13Nb-13Zr: ne contient pas de V ou d’Al, évitant la libération d’ions métalliques toxiques, utilisé pour les implants dentaires, les articulations artificielles.
Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr (alliage TNZT): Module d’élasticité proche de l’os humain (environ 60 GPa, inférieur à 110 GPa du Ti-6Al-4V), réduisant l’effet de « protection contre les contraintes », une direction de développement pour les alliages de titane médicaux.
Ti-15Mo: Forte résistance à la corrosion, utilisée pour les pièces chimiques résistantes à la corrosion, les instruments orthopédiques médicaux.
(3) alliages de titane de type α + β (bonnes performances globales)
Éléments d’alliage: contient à la fois des stabilisateurs α (Al) et des stabilisateurs β (V, Mo). Structure à double phase α+β à température ambiante.
Caractéristiques: La proportion de microstructure peut être ajustée par le traitement thermique (recuit, solution et vieillissement), la résistance à l’équilibre (supérieure aux alliages α), la plasticité (meilleure que les alliages β) et la performance à haute température (≤600 ° C). Largement utilisé dans les domaines aérospatial et médical.
Classes typiques:
TC4 (Grade 5, Ti-6Al-4V): Version non ELI, utilisée pour les structures aérospatiales (fuselage, ailes), sections à basse température moyenne de ventilateurs/compresseurs moteurs, implants biologiques, composants navals.
Grade 22 (Ti-6Al-4V ELI): Pureté supérieure à celle de Grade 5 ELI, utilisée pour les implants médicaux à forte demande.
Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo : résistance à haute température plus élevée que le Ti-6Al-4V, utilisé pour les pales de moteurs aéronautiques (≤550°C).
(4) Près des alliages de titane de type α (Excellente résistance à haute température)
Éléments d’alliage: Prédominamment des stabilisateurs α avec une petite quantité de stabilisateurs β (≤2%).
Caractéristiques: Structure principalement en phase α avec une petite quantité de phase β. Offre une haute résistance à haute température (≤650 ° C) et une bonne résistance à l’oxydation, adaptée aux environnements à haute température.
2、Classes typiques:
Ti-8Al-1Mo-1V: Utilisé pour les chambres de combustion des moteurs aéronautiques, les fixations à haute température.
Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo : haute résistance à haute température, utilisée pour les composants de véhicules aérospatiaux.
| Codes des conditions de traitement (GB/T 3620.1) | Description du traitement | Caractéristiques principales | Applications typiques |
| R (Laminer à chaud) | Laminer à chaud à haute température, sans traitement thermique ultérieur | Résistance modérée, bonne plasticité | Produits semi-finis (ex. plaques laminées à chaud, barres) nécessitant un traitement ultérieur |
| M (Recuit) | Recuit complet (maintenu à 650-800°C) après laminage à chaud | Microstructure uniforme, bonne plasticité, propriétés mécaniques stables | Conditions communes (ex. matériaux de titane médical : barres d’implants, forgés de joints artificiels) |
| Y (Travail à froid) | Laminer/tirer à température ambiante, avec une déformation ≥ 15% | Haute résistance, faible plasticité | Composants à haute résistance (ex. vis médicales, ressorts) |
| CS (Traitement de solution) + A (Vieillissement) | Traitement de solution à haute température (au-dessus de la température de transition β) + vieillissement à basse température | Haute résistance, haute dureté | Processus de renforcement de la phase β (ex. alliages de titane : plaques osseuses orthopédiques) |
- Classification par champ d ‘ application
Différents domaines ont des exigences de performance différentes pour les matériaux en titane. Ce qui suit montre la correspondance de grade pour les champs d’application principaux:
Tableau des applications
| Domaine d’application | Exigences principales | Grades recommandés | Produits spécifiques |
| Implants médicaux | Biocompatibilité, faible module élastique, résistance à la corrosion | Grade 2 (Ti pur), TC4 (Grade 5), TC4 ELI (Grade 5 ELI), Ti-13Nb-3Zr, TNZT | Articulations artificielles, implants dentaires, tiges et vis vertébrales |
| Aérospatiale | Haute résistance, résistance à haute température, haute performance, légèreté | TC4 (Grade 5), Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, Ti-10V-2Fe-3Al | Fuselage d’avion, ailes, composants de moteur |
| Résistance chimique & à la corrosion | Résistance aux acides/alcalis et à l’eau de mer, légèreté | Grade 1/2 (Ti pur), Ti-15Mo, Ti-32Mo | Réacteurs chimiques, systèmes de désalinisation, pipelines pétroliers |
| Dispositifs médicaux | Haute résistance, facilité de traitement, résistance à la corrosion | Grade 9, TC4 (Grade 5), Grade 23, Ti-6Al-4V ELI | Instruments chirurgicaux (hémostatiques), stents médicaux, appareils ultrasonores |
| Équipements de sport | Légèreté, haute résistance, esthétique | TC4 (Grade 5), Ti-6Al-4V | Têtes de clubs de golf, cadres de vélos, bâtons de randonnée |
4. Tableau de comparaison des grades
La production nécessite souvent d’aligner les commandes internationales (ex. normes ASTM, ISO) avec les approvisionnements domestiques (normes GB). Voici la correspondance des grades principaux :
| Norme chinoise (GB/T 2965/3620) | Norme américaine ASTM | Norme internationale (ISO 6852-2) | Type |
| TA1 | Grade 1 | Grade 1 | Titane pur |
| TA2 | Grade 2 | Grade 2 | Titane pur |
| TA3 | Grade 3 | Grade 3 | Titane pur |
| TA4 | Grade 4 | Grade 4 | Titane pur |
| TC4 | Grade 5 | Grade 5 | Alliage α+β |
| TC4 ELI | Grade 5 ELI | Grade 23 | Alliage α+β (médical) |
| TC11 | Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo | – | Alliage α quasi |
| TB6 | Ti-15Mo | – | Alliage β |
5. Exigences spéciales pour les grades de titane médical
Pour la production de matériau de titane médical, les deux points suivants nécessitent une attention supplémentaire:
Contrôle des éléments interstitiels: Les grades médicaux (par exemple, ELI de grade 5, TNZT) exigent des limites plus strictes que les grades industriels: C≤0,08%, O≤0,13%, N≤0,05%, H≤0,015%. Un contrôle strict est nécessaire pendant le processus de fusion (four de remise à arc sous vide).
Certification de biocompatibilité: doit passer les tests ISO 10993-1 (Évaluation biologique des dispositifs médicaux) pour s’assurer qu’il n’y a pas de cytotoxicité ou de sensibilisation. La sélection du grade doit être conforme à la norme YY/T 0640 (titane forgé et alliage de titane pour implants chirurgicaux).
Article Sources :
Normes nationales chinoises: GB/T 3620.1-2016 « Dénomination et composition chimique du titane et des alliages de titane », GB/T 2965-2023 « Barres de titane et d’alliages de titane », GB/T 13810-2017 « Titane forgé et alliage de titane pour implants chirurgicaux ».
Normes internationales: ISO 5832-2 « Implants pour la chirurgie – Titanium et alliages de titane – Partie 2: Titanium forgé », ASTM B265 « Spécification standard pour bandes, feuilles et plaques de titane et alliages de titane ».
Matériaux de l’industrie: « Analyse de la norme GB/T 2965-2023 ‘Titanium et barres d’alliage de titane' » (Baoji Kehui Titanium Industry Co., Ltd.), « Base de données de matériaux Total Materia – Normes de matériaux de titane », « Méthodes de recherche de catégories de matériaux de titane et de composition chimique et analyse du système standard ».
Nouvelles d’entreprise et d’industrie: Sichuan News Broadcast « Pangang: Première bobine de l’alliage de titane TC4 laminée avec succès dans le sud-ouest de la Chine », Guangming Online « Remplir les lacunes domestiques, une percée technologique majeure réalisée dans la recherche et le développement de nouveaux matériaux à Chongqing », Réseau de métaux non ferreux de Chine « Nanjing Baotai développe avec succès l’hélice à lame à double couche de coulée d’alliage de titane TC4 », Securities Daily « Ti-Gold Technology publie le rapport du troisième trimestre, la mise en page dans les alliages de titane haut de gamme ouvre un espace de croissance à long terme », Le document « Première au monde: l’hôpital de Changzheng remplace toutes les vertèbres cervicales du patient par un alliage de titane imprimé en 3D », Administration nationale des produits médicaux « Système de prothèse biologique du genou approuvé pour le marché ».