Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Introduction au Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Le Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo, communément appelé titane Grade 7, est un alliage alpha-bêta à haute résistance spécialement conçu pour le service à haute température. Doté d’une excellente résistance au fluage, d’une bonne soudabilité et d’une forte résistance à la corrosion, cet alliage est largement utilisé dans les composants de turbines aéronautiques et les systèmes de propulsion avancés.
Sa stabilité structurale et ses performances en environnements oxydants font du Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo un matériau idéal pour des pièces en titane usinées CNC de précision. Les fabricants s’appuient sur des services d’usinage CNC de haute précision afin de respecter des tolérances serrées pour des pièces critiques soumises à des contraintes cycliques et à des températures extrêmes.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (% masse) | Rôle clé |
|---|---|---|
Titane (Ti) | Équilibre | Assure l’intégrité structurale et la résistance à la corrosion |
Aluminium (Al) | 5,5–6,5 | Stabilisateur alpha, améliore la résistance à haute température |
Étain (Sn) | 1,8–2,5 | Améliore la résistance au fluage et la stabilité thermique |
Zirconium (Zr) | 3,6–4,5 | Augmente la résistance à l’oxydation |
Molybdène (Mo) | 5,5–6,5 | Stabilisateur bêta, améliore la trempabilité et la résistance en fatigue |
Silicium (Si) | ≤0,25 | Améliore les propriétés au fluage |
Oxygène (O) | ≤0,15 | Élément interstitiel de renforcement |
Fer (Fe) | ≤0,30 | Élément résiduel |
Hydrogène (H) | ≤0,015 | Contrôlé pour éviter la fragilisation par l’hydrogène |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 4,65 g/cm³ | ASTM B311 |
Plage de fusion | 1600–1670°C | ASTM E1268 |
Conductivité thermique | 6,4 W/m·K à 100°C | ASTM E1225 |
Résistivité électrique | 1,68 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 8,5 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacité calorifique spécifique | 570 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 112 GPa | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état recuit)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 895–1000 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2 %) | 825–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥10 % | ASTM E8/E8M |
Dureté | 320–360 HB | ASTM E10 |
Résistance au fluage | Excellente | ASTM E139 |
Résistance à la fatigue | Élevée | ASTM E466 |
Caractéristiques clés du Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Résistance au fluage exceptionnelle : supporte une exposition prolongée à des températures jusqu’à 500°C, ce qui le rend idéal pour les turbines et les structures de protection thermique.
Résistance à la fatigue à haute température : conçu pour fonctionner sous charges thermiques et mécaniques cycliques, le Grade 7 excelle dans les environnements de turboréacteurs et de postcombustion.
Résistance à la corrosion et à l’oxydation : les ajouts de Sn et de Zr favorisent la formation d’une couche d’oxyde dense, offrant une forte résistance à la calamine en atmosphères oxydantes.
Bonne soudabilité : le Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo peut être soudé de manière fiable avec un traitement thermique après soudage afin de conserver la résistance et la structure malgré sa forte teneur en éléments d’alliage.
Défis et solutions d’usinage CNC du titane Grade 7
Défis d’usinage
Haute résistance et faible conductivité : des résistances proches de 1000 MPa et une conductivité thermique de 6,4 W/m·K exigent une gestion thermique rigoureuse lors de la coupe.
Écrouissage agressif : cet alliage s’écrouit rapidement si la charge copeau est insuffisante, ce qui peut entraîner des dommages d’outil et des imprécisions dimensionnelles.
Adhérence à l’outil et usure des arêtes : l’alliage adhère aux outils de coupe et provoque une usure abrasive, en particulier sur des plaquettes non revêtues.
Retour élastique et reprise élastique : le module élevé (112 GPa) entraîne une déflexion élastique, compliquant le contrôle de la forme lors des passes de finition.
Stratégies d’usinage optimisées
Sélection des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure submicronique ou plaquettes CBN | Idéal pour les alliages tenaces et la haute résistance à la chaleur |
Revêtement | AlTiN ou TiSiN (PVD 3–5 µm) | Améliore la protection thermique et limite le grippage |
Géométrie | Angle de coupe positif, arête rodée | Réduit l’effort de coupe et l’adhérence des copeaux |
Vitesse de coupe | 20–50 m/min | Réduit la chaleur et l’usure des outils |
Avance | 0,08–0,20 mm/tr | Maintient l’épaisseur du copeau |
Lubrification | Émulsion haute pression ≥100 bar | Améliore le refroidissement et l’évacuation des copeaux |
Paramètres de coupe du Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7) (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 | 45–65 | 0,05–0,10 | 0,2–0,5 | 100–150 |
Traitement de surface des pièces en titane Grade 7
Le pressage isostatique à chaud (HIP) élimine les vides internes et améliore la résistance mécanique ainsi que la durée de vie en fatigue des composants structuraux de turbine.
Le traitement thermique améliore la résistance au fluage et la stabilité des phases par vieillissement à 550–650°C pendant 2 à 8 heures.
Le soudage des superalliages permet des assemblages sûrs dans les systèmes sous pression et les ensembles aéronautiques à l’aide de métaux d’apport compatibles Ti-6-2-4-6.
Le revêtement barrière thermique (TBC) protège les pièces Grade 7 contre l’oxydation thermique et l’exposition à la flamme dans les moteurs et les réacteurs.
L’usinage CNC permet la fabrication à tolérances serrées d’anneaux de turbine, de conduits et de composants de section chaude, avec une précision pouvant atteindre ±0,01 mm.
L’usinage par électroérosion (EDM) garantit la précision des caractéristiques complexes et des pièces à parois minces sans créer de zones affectées thermiquement.
Le forage de trouséger de trous profonds permet d’obtenir des rapports L/D élevés pour les canaux de refroidissement, avec une rectitude d’alésage <0,3 mm/m et un Ra ≤ 1,6 µm.
Les essais matériaux incluent le SEM, les essais de fluage, le CND par ultrasons et des évaluations de stabilité de phase afin de répondre aux spécifications des secteurs aéronautique et énergétique.
Essais et analyses des matériaux
La validation comprend des essais mécaniques à température élevée, l’analyse de rupture au fluage, la diffraction des rayons X (XRD) pour l’évaluation des phases, ainsi qu’une inspection complète par ultrasons ou courants de Foucault selon les standards aéronautiques.
Applications industrielles du Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo (Grade 7)
Aéronautique : utilisé pour les anneaux de turbine, les doublures de postcombustion et les carters de turboréacteur exposés à des extrêmes thermiques.
Production d’énergie : idéal pour la tuyauterie haute température, les aubes et les composants de systèmes carburant.
Défense : composants tels que capots d’échappement, pièces de missiles et fixations structurelles, pour la résistance à la chaleur et la solidité.
Équipements industriels : utilisé dans des environnements corrosifs et soumis à des cycles thermiques, comme les fours, échangeurs de chaleur et récipients sous pression.
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