Qu’est-ce que sait le Titane et son utilisation
Le titane métallique ne se trouve pas seul dans la nature mais lié à d’autres éléments. Au lieu de cela, l’élément en titane est, cependant, le neuvième élément le plus abondant dans la croûte terrestre (0,63% en masse) et est présent dans la plupart des roches éruptives et des sédiments relatifs.
En 1795, le chimiste allemand Heinrich Klaproth réussit à l’isoler des minéraux rutiles (TiO2) et baptisa l’élément inspiré par les figures des Titans de la mythologie grecque fils d’Uranus (Ciel) et Gea (Terre).
Les minéraux de titane importants sont le rutile, la brookite, l’anatase, l’ilménite et la titanite.
Le principal minéral extrait, l’ilménite, se trouve dans de grands gisements de sable en Australie occidentale, en Norvège, au Canada et en Ukraine. Les importants gisements de rutile d’Amérique du Nord et d’Afrique du Sud contribuent également de manière significative aux réserves mondiales de titane. La production mondiale de métal atteint environ les 90 000 tonnes par an, cependant la production de dioxyde de titane est de 4,3 millions de tonnes par an.
Le dioxyde de titane, TiO2, est généralement trouvé sous forme noire ou brunâtre est connu comme le rutile. Les formes naturelles les moins fréquentes dans la nature sont l’anatasite et la brooquite. Le rutile pur et l’anatasite pure sont blancs. L’oxyde basique noir, FeTiO3, se trouve d’un minéral naturel appelé ilménite; il s’agit de la principale source commerciale de titane.
Le titane pur est obtenu à partir d’ilménite, grâce à des processus chimiques complexes, où l’élément en titane est lié aux minéraux de fer.
Le titane disponible dans le commerce est disponible en différentes qualités, c’est-à-dire différents alliages à partir du matériau le plus pur (CP) jusqu’à celui lié à d’autres éléments (ALLIAGES DE TITANE).
Les grades de titane pur (CP) sont:
Grade 1: le plus pur existant. Il est facilement réalisable et présente une très haute résistance à la corrosion.
Grade 2: le plus utilisé dans l’industrie, il partage la forte résistance à la corrosion avec le grade 1 mais est plus résistant aux contraintes mécaniques.
Grade 3: principalement dédié à l’aéronautique.
Grade 4: le plus résistant mécaniquement parmi les grades de titane pur.
Remarque: Compte tenu des caractéristiques ci-dessus, il est facile de voir que ces nuances de titane ne peuvent pas être utilisées en cyclisme.
Les “ALLIAGES DE TITANE” sont définis comme tous les alliages qui, par des procédés métallurgiques, sont ajoutés à d’autres minéraux (aluminium, vanadium, étain de chrome, etc.) pour augmenter leur mécanique.
Le cadre BUGIA \ ROSA a été construit en utilisant les alliages de titane suivants:
9e grade
Connu sous le nom de 3Al – 2,5V, puisqu’il est composé de 3 % d’aluminium et de 2,5 % de vanadium, il s’agit d’un alliage facilement soudable, avec une charge de rupture élevée (c’est-à-dire la force maximale capable de le briser) et a une forte résistance à la corrosion (inox). Compte tenu de ces caractéristiques, il s’agit de l’alliage le plus utilisé dans le domaine du vélo pour la construction de la structure tubulaire.
5e grade
Connu sous le nom de 6Al – 4V, puisqu’il est composé de 6% d’aluminium et 4% de vanadium, il a un coefficient de rupture très élevé, idéal pour construire les pièces mécaniques composant le cadre tels que: support inférieur, décrocheurs, etc.
Il a également une bonne soudabilité et une forte résistance à la corrosion (inox) comme le Grade 9 mentionné précédemment.
Réalisation d’un cadre en titane avec soudure TIG
La création d’un cadre en titane avec la technologie TIG (Tungsten Inert Gas) est très particulière et nécessite un équipement spécifique, un professionnalisme très élevé et une capacité manuelle.
La préparation des tuyaux (décapage) doit être faite avec soin à la main: puisque le travail des tuyaux avec des roues de meulage ou des coupeurs de tuyaux mécaniques compromettrait leurs caractéristiques.
Pendant le soudage, le titane se réchauffe et devient très réactif avec les éléments atmosphériques (oxygène, azote et hydrogène présents dans l’air), qui lient et oxydent la soudure, affaiblissant irrémédiablement le matériau : Pour cette raison, il est nécessaire de le souder dans un inerte et l’atmosphère protectrice de l’argon (gaz inerte).
Le soudage du cadre et de ses composants mécaniques se fait principalement de deux façons :
- Soudage sous une cloche dans une atmosphère protectrice
Le soudage du cadre a lieu en insérant les tuyaux à joindre, la pince avec l’électrode de tungstène et les tiges d’approvisionnement en matériaux dans une cloche en verre, dans lequel l’argon est injecté pour saturer et expulser l’oxygène présent dans l’air tandis que , le soudeur, de l’extérieur, fait l’articulation à travers des manipulateurs spéciaux;
- Soudage “Gas Lens”
Le soudage du cadre se fait en dehors de la cloche – une procédure largement utilisée dans le secteur aéronautique pour le soudage des bases structurelles des avions. À l’aide du système de soudage classique TIG, un cône d’argon est créé avec un très grand volume (appelé Lentille de gaz), capable de couvrir l’ensemble du soudage et ainsi le protéger des dangers de l’oxygène.
Avantages en titane (caractéristiques physiques et mécaniques)
- Densité (rapport de poids par unité de volume) : Le titane a une densité d’environ 4,5 g/cm3, supérieure à d’autres métaux légers d’intérêt structurel comme l’aluminium ou le magnésium, mais près de la moitié de celle des aciers (environ 60 % de la densité de fer).
- Résistance tensile et compressive : le titane a une résistance élevée, c’est-à-dire une valeur de résistance de rendement (c’est-à-dire une déformation plastique permanente) de l’ordre de 725Mpa pour le 9e grade. Une valeur remarquable, qui le rend parfait pour la construction de cadres de vélo: En fait, les forces les plus communes agissant sur les cadres ont lieu le long des directions longitudinales ou transversales du cadre: en “tirant” ou “raccourcissant”;
- La rigidité : lorsque nous appliquons une force sur un cadre, le matériau se déforme pour l’absorber, puis revient à sa forme d’origine une fois que la force cesse d’agir. Cette caractéristique est appelée déformation plastique qui fonctionne en dessous de la limite élastique, c’est-à-dire la charge maximale applicable sans déformation permanente. Plus la résistance est élevée, plus le matériau se déforme pour la « accueillir », puis revient à sa position d’origine une fois la charge épuisée. La valeur de la rigidité d’un matériau est très importante quand il s’agit de vélos, car il représente l’ordre de grandeur, il peut résister avant de casser;
- Résistance à la fatigue : pendant l’utilisation, les cadres de vélo sont soumis à la fatigue et doivent résister à des cycles de travail répétés au fil du temps, qui « fatiguent » le matériau et produisent une rupture de collision difficile à prévoir. Le titane “excelle” pour la résistance à la fatigue, c’est pourquoi il est considéré comme un matériau “éternel”, comme la fibre de carbone, qui souffre cependant de l’influence des rayons UV (facteur de vieillissement)
Résistance à la corrosion : la corrosion atmosphérique est aussi subtile que la fatigue, car elle affaiblit le matériau lentement mais graduellement. L’oxydation, travaillant patiemment, corrode l’épaisseur du tube, diminuant la section résistante et abaissant ainsi la valeur réelle des forces qu’il peut résister. Le titane, s’il est correctement travaillé, est « immunisé » contre la corrosion atmosphérique (inox) : puisque la couche externe de titane est oxydée par un film très résistant
Un cadre en titane n’est pas pour tout le monde, étant donné le coût intrinsèque du matériau et les techniques de fabrication coûteuses.
C’est un matériau précieux, avec des caractéristiques mécaniques et de résistance à la fatigue élevées et pratiquement à l’abri de la corrosion atmosphérique et du vieillissement.
Les cyclistes exigeants, qui veulent un vélo avec un cadre fiable, qui ne les laisse jamais à pied mais qui est léger et rapide, doivent regarder vers ce matériau.
D’autre part, il ya peu de maisons de cyclisme qui offrent des modèles complets de vélos avec un cadre en titane, de sorte que nous nous tournons généralement vers des entreprises spécialisées qui assemblent à la fois le cadre et l’assemblage des composants.
