Dans l'histoire de la technologie militaire,alliages de titaneLes -qui sont légers, à haute-résistance et à la corrosion-résistants-étaient autrefois connus comme les "rois des profondeurs marines". Pendant la guerre froide, l’Union soviétique a utilisé la technologie des alliages de titane pour construire des sous-marins nucléaires capables de plonger à des profondeurs supérieures à 1 000 mètres, et leur vitesse reste inégalée à ce jour. Cependant, en raison de problèmes tels que le coût et la fiabilité, ils sont progressivement supprimés.
Un phénomène qui mérite d’être pris en compte est que les applications exceptionnelles des alliages de titane ont toujours été limitées au secteur des sous-marins et qu’à ce jour, ils n’ont pas été utilisés pour construire un porte-avions complet. Sur les porte-avions, le « champ d'application » des alliages de titane est limité à des composants de base spécifiques tels que les hélices et la tuyauterie. Étant donné que les alliages de titane possèdent des performances globales si formidables, pourquoi l’humanité n’a-t-elle jamais construit un porte-avions entièrement composé d’alliage de titane ? En gardant cette question à l'esprit, examinons-en profondeur les raisons qui sous-tendent ce phénomène.
Tout d’abord, considérons le coût. Bien que la Chine ait réalisé d'énormes progrès dans le domaine des matières premières et de la transformation des alliages de titane ces dernières années, poussant leur rentabilité-à des sommets sans précédent, l'acier détient toujours un avantage de prix écrasant en ce qui concerne uniquement le coût des matières premières. Il est important de noter que le coût du minerai de fer et de la ferraille est extrêmement faible, généralement seulement quelques yuans par tonne métrique.
Deuxièmement, le véritable goulot d’étranglement pour les alliages de titane ne réside pas dans la matière première elle-même, mais dans les conditions de traitement extrêmement exigeantes et les coûts de fabrication élevés. Concrètement, cela se manifeste par des délais de traitement longs, des équipements coûteux, un gaspillage de matériaux élevé et des exigences extrêmement élevées en matière d'expertise des opérateurs. Plus critique encore est le fait que les alliages de titane sont extrêmement sensibles à l’air et aux oligo-éléments ; même de minuscules impuretés telles que l’oxygène, l’azote, le fer, le silicium ou l’hydrogène peuvent provoquer des changements drastiques dans leurs propriétés physiques.
Par conséquent, les méthodes de fusion conventionnelles sont totalement inefficaces pour les alliages de titane. Pour les produits en alliage de titane militaire de haute qualité, même le soudage à l'électrode doit être effectué dans une chambre de soudage sous vide pour isoler complètement le matériau de la contamination. Lors du processus de fusion, la technologie de fusion sous vide est essentielle : elle consiste d'abord à mettre le creuset sous vide absolu avant la fusion, puis à utiliser des techniques telles que l'arc électrique, le faisceau d'électrons ou la lévitation magnétique sous vide. Ces exigences extrêmement strictes en matière de processus signifient que l'investissement en équipement et les coûts en temps associés aux alliages de titane sont plusieurs fois supérieurs à ceux de l'acier conventionnel.
Mais ce n’est pas fini. Le résultat de ce processus est simplement un lingot de titane, qui-comparé à l'acier-est à peu près équivalent à un gros bloc de fer. Pour le transformer en pièces, il doit subir plusieurs étapes de forgeage (traitement thermique) et d'usinage final avant que le produit fini ne soit prêt. Bien entendu, les technologies d’impression 3D ou de coulée sous vide peuvent également être utilisées, mais ces méthodes sont encore plus coûteuses. Par exemple, le coût de traitement des pièces en alliage de titane imprimées en 3D-est d'environ plusieurs milliers de yuans par kilogramme, tandis que le moulage sous vide coûte généralement plusieurs centaines à plusieurs milliers de yuans par kilogramme.
En fait, la coulée sous vide est la mieux adaptée aux pièces en alliage de titane présentant des structures complexes et des cavités internes qui ne nécessitent pas de traitement thermique ; plus le lot de production est important, plus cette méthode devient adaptée. L'inconvénient est qu'il ne peut pas être traité thermiquement-, ce qui affecte les performances, le rendant totalement inadapté à la production en petits-lots. En effet, vous devez fabriquer un moule et les coûts du moule sont élevés. Si les volumes de production sont faibles, il est pratiquement impossible d’amortir le coût du moule, ce qui entraîne un coût unitaire très élevé.
Étant donné que les exigences de performance pour les alliages de titane civils sont relativement faibles, leur coût n'est généralement que de 5 à 15 fois le prix de la matière première. En revanche, les normes de performance des produits militaires sont extrêmement strictes, de sorte que les coûts de fabrication augmentent naturellement en conséquence. Actuellement, les composants en alliage de titane les plus chers sont les alliages de titane -aluminium utilisés dans l'industrie aérospatiale, qui sont principalement utilisés dans les moteurs des gros avions et sont classés comme alliages spéciaux à haute -température.
Bien que les prix spécifiques ne puissent pas être divulgués, étant donné que le coût d'un seul moteur peut atteindre des dizaines de millions de dollars, le coût des matériaux va de soi. De plus, le titane d'ultra-haute-pureté (avec une pureté de 5 à 8 neuf) utilisé dans l'industrie des semi-conducteurs est également assez coûteux.
Cependant, le principal avantage des alliages de titane réside dans leur capacité à réduire le poids d'environ 40 % tout en égalant, voire dépassant, les propriétés mécaniques de l'acier ; en même temps, leur résistance à la corrosion dépasse de loin celle de l'acier. C’est précisément grâce à ces deux caractéristiques majeures que les alliages de titane ont trouvé de nombreuses applications dans le secteur aérospatial et ont également trouvé leur place dans les équipements navals. Cependant, dans la marine, ils sont généralement utilisés comme matériaux localisés résistants à la corrosion-ou comme composants de réduction de poids structurel-. En fait, la Chine n’a pas encore construit de navire de guerre entièrement composé d’alliages de titane, car il faut trouver un équilibre entre coût et performances.
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