Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Introduction au Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Ti-10V-2Fe-3Al, ou Grade 19, est un alliage de titane bêta métastable développé pour des applications structurelles à haute résistance nécessitant une excellente aptitude au formage à froid et une grande trempabilité à cœur. Il offre une combinaison unique de résistance élevée à la traction, d’excellente ténacité et d’une résistance à la corrosion modérée, ce qui en fait un candidat solide pour l’aéronautique, la défense et les équipements industriels.
Grâce à ses performances mécaniques élevées et à sa bonne usinabilité à l’état traité en solution, le Ti-10V-2Fe-3Al convient parfaitement à la fabrication de pièces en titane usinées CNC de précision. Ces pièces bénéficient de tolérances serrées, d’un excellent état de surface et de la flexibilité offerte par des services d’usinage CNC avancés, notamment pour les composants structurels aéronautiques et automobiles.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (% masse) | Rôle clé |
|---|---|---|
Titane (Ti) | Équilibre | Résistance à la corrosion et élément de base structurel |
Vanadium (V) | 9,0–11,0 | Stabilisateur bêta, améliore la résistance et la ductilité |
Fer (Fe) | 1,7–2,3 | Augmente la trempabilité et les propriétés en traction |
Aluminium (Al) | 2,5–3,5 | Améliore la résistance et la stabilité |
Oxygène (O) | ≤0,15 | Renforce l’alliage avec un léger compromis sur la ductilité |
Hydrogène (H) | ≤0,015 | Contrôlé pour prévenir la fragilisation |
Azote (N) | ≤0,03 | Élément résiduel |
Carbone (C) | ≤0,05 | Élément résiduel |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 4,64 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1580–1620°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 7,2 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,68 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 8,7 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacité calorifique spécifique | 560 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 114 GPa | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (traitement de mise en solution + vieillissement)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 1100–1250 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2 %) | 1030–1180 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥10% | ASTM E8/E8M |
Dureté | 330–370 HB | ASTM E10 |
Résistance au fluage | Modérée à bonne | ASTM E139 |
Résistance à la fatigue | Élevée | ASTM E466 |
Caractéristiques clés du Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Résistances en traction et à la limite d’élasticité élevées : présente une limite d’élasticité >1000 MPa après traitement thermique, comparable à certains aciers, avec une densité inférieure d’environ 45%.
Bonne aptitude au formage à froid : contrairement à la plupart des nuances de titane à très haute résistance, le Grade 19 conserve une ductilité modérée à l’état traité en solution, adaptée aux opérations de formage.
Grande trempabilité à cœur : offre des propriétés mécaniques homogènes dans les sections épaisses, ce qui le rend idéal pour les pièces forgées et les composants porteurs.
Soudable avec traitement postérieur : soudable à l’état traité en solution avec un métal d’apport approprié et un vieillissement pour restaurer la résistance.
Défis et solutions d’usinage CNC du titane Grade 19
Défis d’usinage
Écrouissage modéré : bien que plus facile à usiner que des alliages alpha-bêta, le Ti-10V-2Fe-3Al peut s’écrouir en cas de mauvais contrôle des copeaux.
Accumulation de chaleur et usure des outils : la conductivité thermique étant faible, une haute pression d’arrosage et des outils très tranchants sont nécessaires pour éviter le brûlage de surface ou la rupture d’outil.
Reprise élastique : le module d’élasticité (114 GPa) entraîne une légère reprise élastique sur des pièces minces ou de haute précision.
Grippage en surface : la phase bêta à haute résistance peut provoquer de l’étalement ou du grippage sur l’arête de coupe en usinage à sec ou avec une lubrification insuffisante.
Stratégies d’usinage optimisées
Sélection des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure à grain fin ou CBN | Assure résistance et tenue à l’usure |
Revêtement | AlTiN ou TiSiN (≥3 µm PVD) | Limite le grippage et augmente la durée de vie de l’outil |
Géométrie | Angle positif tranchant, arête rodée | Minimise l’écrouissage et l’effort de coupe |
Vitesse de coupe | 25–55 m/min | Réduit la température de l’outil et la déformation |
Avance | 0,10–0,25 mm/tr | Assure une coupe propre et une bonne évacuation des copeaux |
Lubrifiant | Émulsion à travers l’outil ≥100 bar | Assure un refroidissement efficace et l’évacuation des copeaux |
Paramètres de coupe du Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19) (conformité ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression du lubrifiant (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 20–30 | 0,15–0,20 | 2,0–3,0 | 80–100 (arrosage interne) |
Finition | 45–60 | 0,05–0,10 | 0,2–0,5 | 100–150 |
Traitement de surface des pièces en titane Grade 19
Le pressage isostatique à chaud (HIP) augmente la durée de vie en fatigue et la densité structurale pour les pièces forgées de grade aéronautique et les composants de train d’atterrissage.
Le traitement thermique inclut un traitement en solution à 750–800°C et un vieillissement à 500–550°C afin d’optimiser la résistance et la ductilité.
Le soudage des superalliages est réalisable à l’état traité en solution, avec un vieillissement post-soudage pour restaurer les performances mécaniques.
Le revêtement barrière thermique (TBC) est appliqué sur des pièces exposées à des charges thermiques cycliques afin de protéger les surfaces contre l’oxydation.
L’usinage CNC permet la fabrication de composants critiques (aéronautiques ou de suspension) à ±0,01 mm.
L’usinage par électroérosion (EDM) est utilisé pour des profils complexes, des trous de refroidissement ou des micro-géométries sur des pièces durcies.
Le forage de trous profonds permet d’atteindre L/D >30:1 avec une rectitude <0,3 mm/m et un état de surface Ra ≤1,6 µm.
Les essais matériaux vérifient la composition des phases, l’uniformité de dureté et l’intégrité structurelle via des essais de traction, de fluage et des contrôles US (NDT).
Essais et analyses des matériaux
Les essais du Ti-10V-2Fe-3Al incluent la vérification de la résistance en traction à température élevée, la caractérisation de la réponse au vieillissement, la ténacité à la rupture et la détection de défauts par ultrasons conformément aux normes aéronautiques et militaires.
Applications industrielles du Ti-10V-2Fe-3Al (Grade 19)
Aéronautique : ferrures d’avion, actionneurs hydrauliques et fixations exigeant une haute résistance et un faible poids.
Défense : composants de corps de missiles, structures aériennes et ensembles d’absorption de chocs.
Production d’énergie : boulonnerie structurelle et pièces tournantes dans des assemblages de turbines à forte charge et grande vitesse.
Équipements industriels : cadres robotisés, articulations et systèmes porteurs nécessitant légèreté et durabilité.
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