Ti-7Al
Introduction au Ti-7Al
Ti-7Al, également appelé Titane-7Aluminium, est un alliage de titane proche-alpha développé pour des applications structurelles à haute température nécessitant une stabilité à long terme, une excellente résistance au fluage et une résistance accrue à l’oxydation. Sa teneur élevée en aluminium favorise la stabilité des phases et le maintien de la résistance à température élevée, ce qui le rend idéal pour les environnements aéronautiques, marins et de production d’énergie.
Le Ti-7Al est généralement mis en œuvre à l’état recuit ou traité en solution, ce qui permet de le fabriquer en pièces en titane usinées CNC de grande précision. Ces pièces sont produites avec une haute exactitude et une excellente répétabilité grâce à des services d’usinage CNC, notamment pour les composants de compresseur d’aéronef, les pièces moteur de zone chaude et les environnements oxydants.
Propriétés chimiques, physiques et mécaniques du Ti-7Al
Composition chimique (typique)
Élément | Plage de composition (wt.%) | Rôle clé |
|---|---|---|
Titane (Ti) | Équilibre | Matrice de base avec résistance à la corrosion et à l’oxydation |
Aluminium (Al) | 6.5–7.5 | Stabilisateur alpha augmentant la résistance à haute température |
Oxygène (O) | ≤0.15 | Renforce l’alliage, doit être contrôlé pour préserver la ductilité |
Carbone (C) | ≤0.08 | Élément résiduel |
Hydrogène (H) | ≤0.015 | Contrôlé afin d’éviter la fragilisation |
Azote (N) | ≤0.03 | Faible résiduel |
Fer (Fe) | ≤0.25 | Élément résiduel |
Propriétés physiques
Propriété | Valeur (typique) | Norme/condition d’essai |
|---|---|---|
Densité | 4.48 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 | 1.65 µΩ·m à 20°C | ASTM B193 |
Dilatation thermique | 8.4 µm/m·°C | ASTM E228 |
Capacité calorifique spécifique | 560 J/kg·K à 20°C | ASTM E1269 |
Module d’élasticité | 116 GPa | ASTM E111 |
Propriétés mécaniques (état recuit)
Propriété | Valeur (typique) | Norme d’essai |
|---|---|---|
Résistance à la traction | 830–900 MPa | ASTM E8/E8M |
Limite d’élasticité (0,2%) | 780–850 MPa | ASTM E8/E8M |
Allongement | ≥12% | ASTM E8/E8M |
Dureté | 270–300 HB | ASTM E10 |
Résistance au fluage | Excellente jusqu’à 500°C | ASTM E139 |
Résistance à la fatigue | Élevée | ASTM E466 |
Caractéristiques clés du Ti-7Al
Résistance à haute température : conserve une excellente intégrité mécanique au-delà de 450°C, adapté aux moteurs et structures aéronautiques hautes performances.
Résistance à l’oxydation remarquable : la teneur élevée en Al favorise la formation d’un film nanoparticulaire stable TiO₂–Al₂O₃, offrant une résistance à l’écaillage thermique.
Excellentes performances au fluage : le Ti-7Al assure une stabilité dimensionnelle et mécanique à long terme sous charges maintenues à température élevée.
Bonne soudabilité : il peut être soudé par fusion avec une protection gazeuse inerte appropriée et un traitement thermique post-soudage.
Défis et solutions d’usinage CNC pour le Ti-7Al
Défis d’usinage
Écrouissage : l’alliage a tendance à durcir pendant l’usinage, rendant les passes successives plus difficiles sans avances adaptées.
Faible conductivité thermique : l’accumulation de chaleur près de la zone de coupe augmente le risque de dommages thermiques et réduit la durée de vie de l’outil.
Récupération élastique : le retour élastique dû à un module modéré affecte les tolérances dimensionnelles lors des opérations de finition.
Dureté de surface oxydée : les surfaces après traitement thermique ou oxydation sont abrasives et peuvent accroître l’usure des outils.
Stratégies d’usinage optimisées
Sélection des outils
Paramètre | Recommandation | Justification |
|---|---|---|
Matériau de l’outil | Carbure à grain fin ou CBN | Offre une forte résistance à l’usure thermique et abrasive |
Revêtement | AlTiN ou TiCN | Améliore la résistance à la chaleur et réduit le frottement de l’outil |
Géométrie | Dépouille positive, arête adoucie | Réduit l’effort de coupe et limite l’adhérence des copeaux |
Vitesse de coupe | 20–45 m/min | Maîtrise les effets thermiques et la qualité de surface |
Avance | 0.10–0.20 mm/tr | Assure une évacuation efficace des copeaux et un bon état de surface |
Arrosage | Émulsion haute pression ≥100 bar | Essentiel pour le contrôle de la chaleur et des copeaux |
Paramètres de coupe du Ti-7Al (conformité ISO 3685)
Opération | Vitesse (m/min) | Avance (mm/tr) | Profondeur de passe (mm) | Pression d’arrosage (bar) |
|---|---|---|---|---|
Ébauche | 20–30 | 0.15–0.20 | 2.0–3.0 | 80–100 (par l’outil) |
Finition | 40–50 | 0.05–0.10 | 0.2–0.5 | 100–150 |
Traitements de surface pour les pièces en titane Ti-7Al
Le pressage isostatique à chaud (HIP) améliore la résistance en fatigue et densifie les microstructures, essentiel pour les matériels de turbines aéronautiques.
Le traitement thermique comprend des traitements de recuit ou de vieillissement à 700–850°C afin d’améliorer la résistance au fluage et la relaxation des contraintes.
Le soudage des superalliages permet d’obtenir des assemblages soudés à haute résistance sous protection inerte, suivis d’un traitement thermique pour une cohérence mécanique.
Le revêtement barrière thermique (TBC) améliore la résistance thermique pour les carters moteur et les environnements oxydants.
L’usinage CNC garantit une production à tolérances serrées pour les applications aéronautiques et défense de précision.
L’usinage par décharge électrique (EDM) permet d’obtenir des géométries ultra-précises dans les zones difficiles à usiner.
Le perçage de trous profonds permet de réaliser de longs canaux avec L/D >30:1 et un état de surface ≤1,6 µm.
Les essais de matériaux incluent la validation du fluage et de la traction, l’examen de la microstructure et l’inspection ultrasonore des défauts.
Essais et analyses des matériaux
Les composants en Ti-7Al sont vérifiés par des essais de rupture au fluage, des évaluations des propriétés en traction, la diffraction des rayons X (XRD) pour l’identification des phases, l’imagerie SEM et des essais ultrasonores conformément aux standards qualité aéronautiques.
Applications industrielles du Ti-7Al
Aéronautique : stators moteur, bagues de compresseur et fixations de zone chaude nécessitant une résistance à l’oxydation et au fluage.
Production d’énergie : aubes de turbines à vapeur et boulonnerie structurelle sous charges thermiques prolongées.
Équipements industriels : composants pour outillages haute température, réacteurs thermiques et arbres rotatifs.
Défense : supports de défense aéronautique et structures de propulsion exposés à des températures élevées fluctuantes.
Explorer les blogs associés
