Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Introduction au Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr, communément appelé TA15, est un alliage de titane alpha + bêta à haute résistance, largement utilisé dans les industries de l’aéronautique, de la défense et de l’ingénierie énergétique. Il offre une excellente soudabilité, une résistance élevée à la fatigue et une bonne résistance au fluage à température élevée, ce qui le rend idéal pour des composants structuraux fonctionnant dans des conditions exigeantes.
Le TA15 présente un rapport résistance/poids supérieur et une grande stabilité sous charges thermiques. Ces caractéristiques le rendent particulièrement adapté aux pièces en titane usinées CNC critiques, notamment lorsqu’elles sont produites avec des services d’usinage CNC de haute précision garantissant des tolérances serrées et une qualité constante pour les structures aéronautiques, les supports moteur et les cadres de support.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (% masse) | Rôle clé |
|---|---|---|
Titane (Ti) | Équilibre | Élément de base assurant la résistance à la corrosion et la résistance structurale |
Aluminium (Al) | 6,0–7,0 | Stabilisateur alpha qui améliore la résistance à haute température |
Molybdène (Mo) | 0,8–1,2 | Stabilisateur bêta, améliore le fluage et la résistance à la fatigue |
Vanadium (V) | 0,8–1,2 | Augmente la résistance et la stabilité des phases |
Zirconium (Zr) | 1,8–2,2 | Favorise la résistance au fluage et la stabilité thermique |
Oxygène (O) | ≤0,15 | Améliore la résistance mais affecte la ductilité |
Fer (Fe) | ≤0,30 | Élément résiduel |
Hydrogène (H) | ≤0,015 | Maintenu bas pour prévenir la fragilisation |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 4,52 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1600–1650°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 7,0 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,65 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 8,6 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacité calorifique spécifique | 560 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 115 GPa | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (traitement de mise en solution + vieillissement)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 1000–1150 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2 %) | 900–1050 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥8% | ASTM E8/E8M |
Dureté | 330–370 HB | ASTM E10 |
Résistance au fluage | Excellente | ASTM E139 |
Résistance à la fatigue | Élevée | ASTM E466 |
Caractéristiques clés du Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Résistance structurale élevée : avec une résistance à la traction >1000 MPa et une résistance à la fatigue adaptée aux pièces de grade aéronautique, le TA15 est idéal pour les structures de cellule fortement sollicitées.
Résistance thermique et à l’oxydation : l’alliage conserve son intégrité structurale jusqu’à 500°C, en résistant à la déformation et à l’oxydation lors d’un service prolongé.
Bonne soudabilité : le TA15 peut être soudé par des méthodes conventionnelles avec un impact minimal sur les propriétés mécaniques, à condition d’appliquer un traitement thermique post-soudage approprié.
Excellente durée de vie en fatigue : la microstructure quasi-alpha permet un service long dans des applications dynamiques telles que les rotors d’hélicoptère et les supports moteur d’aéronef.
Défis et solutions d’usinage CNC du titane TA15
Défis d’usinage
Faible conductivité thermique : comme les autres alliages de titane, le TA15 accumule la chaleur à l’interface outil–copeau, augmentant l’usure des outils et les déformations thermiques.
Écrouissage et reprise élastique : cet alliage s’écrouit rapidement et présente un retour élastique en raison de son module d’élasticité de 115 GPa, ce qui affecte la précision en finition.
Adhérence à l’outil : le TA15 a tendance à adhérer aux outils de coupe en cas de refroidissement insuffisant ou de géométrie d’outil inadaptée, entraînant du grippage et des dommages de surface.
Usure en entaille et contrôle des copeaux : la formation de copeaux continus et l’usure en entaille exigent une géométrie de coupe et une stratégie de lubrification optimisées.
Stratégies d’usinage optimisées
Sélection des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure à grain fin ou plaquettes revêtues PVD | Résistance à l’usure et stabilité à température |
Revêtement | AlTiN ou TiSiN (≥4 µm) | Prévient le grippage et améliore la longévité de l’outil |
Géométrie | Angle positif, arête arrondie | Réduit la chaleur et l’effort de coupe |
Vitesse de coupe | 20–50 m/min | Contrôle la charge thermique |
Avance | 0,10–0,25 mm/tr | Maintient l’épaisseur de copeau |
Lubrifiant | Lubrifiant émulsion, ≥100 bar | Améliore le refroidissement et l’évacuation des copeaux |
Paramètres de coupe du Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15) (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 TA15
Le pressage isostatique à chaud (HIP) améliore l’intégrité structurale et la résistance à la fatigue, en particulier pour les composants de cellule ou de turbine.
Le traitement thermique inclut généralement un vieillissement entre 500–600°C afin d’optimiser la distribution des phases et la résistance au fluage.
Le soudage des superalliages est efficace avec un métal d’apport compatible bêta et un détensionnement post-soudage pour éviter la formation de couche alpha (« alpha case »).
Le revêtement barrière thermique (TBC) protège les pièces TA15 exposées à la chaleur ou à des environnements oxydants, notamment dans les systèmes d’échappement.
L’usinage CNC prend en charge la fabrication de composants structuraux avec des tolérances pouvant atteindre ±0,01 mm.
L’usinage par électroérosion (EDM) permet de créer des micro-détails sur du TA15 durci sans gauchissement thermique.
Le forage de trous profonds est idéal pour les alésages de précision et les canaux de refroidissement, en atteignant Ra ≤ 1,6 µm et un rapport L/D > 30:1.
Les essais matériaux incluent des essais mécaniques, métallographiques, de fluage et des contrôles non destructifs pour l’assurance qualité en aéronautique et défense.
Essais et analyses des matériaux
Les composants en alliage TA15 sont validés par des essais de traction et de fluage, une analyse de fatigue, l’évaluation des phases et de la microstructure (SEM/XRD), ainsi que des contrôles non destructifs par ultrasons ou courants de Foucault selon les normes AMS ou GB.
Applications industrielles du Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr (TA15)
Aéronautique : idéal pour les pièces structurales de cellule, pylônes moteurs et poutres de support nécessitant une forte résistance à la fatigue.
Défense : utilisé dans les composants de missiles, systèmes de rotor et structures aéronautiques blindées.
Production d’énergie : appliqué aux disques de turbine, conduits et enveloppes de confinement sous contraintes thermiques.
Équipements industriels : pour des équipements dynamiques exposés à des contraintes cycliques et à l’oxydation, tels que des enveloppes d’échangeurs de chaleur.
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