ti-48al-2cr-2nb est un alliage intermétallique avancé qui présente d'excellentes propriétés pour les applications à haute température. Cet article présente une vue d'ensemble du Ti-48Al-2Cr-2Nb, y compris sa composition, ses propriétés, ses applications, ses spécifications, son prix, sa manipulation, son inspection, des comparaisons avec d'autres alliages, et bien plus encore.
Composition Ti-48Al-2Cr-2Nb
La composition typique de Ti-48Al-2Cr-2Nb est la suivante :
| Élément | Poids (%) |
|---|---|
| Titane (Ti) | 48% |
| Aluminium (Al) | 48% |
| Chrome (Cr) | 2% |
| Niobium (Nb) | 2% |
Cet alliage de titane et d'aluminure contient à peu près autant de titane que d'aluminium, avec de petites quantités de chrome et de niobium.
La teneur élevée en aluminium permet d'obtenir un matériau intermétallique léger. Le chrome améliore la résistance à l'oxydation à haute température. Le niobium renforce l'alliage par la mise en solution solide et génère de fins précipités.
Propriétés de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb possède une combinaison souhaitable de propriétés :
| Propriété | Détails |
|---|---|
| Densité | 3,7 g/cm3, très faible par rapport aux superalliages de nickel |
| Point de fusion | Plus de 1400°C |
| La force | Excellent à température ambiante et à température élevée |
| Résistance à l'oxydation | Bon jusqu'à 700°C |
| Résistance à la corrosion | Résistant à de nombreux produits chimiques |
| Conductivité thermique | Faible, environ 16 W/m-K |
| Dilatation thermique | Raisonnablement bas |
| Tolérance aux dommages | Supérieur aux autres intermétalliques |
| Résistance au fluage | Bon |
| Résistance à la fatigue | 110 MPa à 10^7 cycles |
| Ténacité à la rupture | Environ 20 MPa-m^1/2 |
Les propriétés du Ti-48Al-2Cr-2Nb le rendent adapté à de nombreuses applications structurelles à haute température, jusqu'à 700°C. La faible densité se traduit par une résistance spécifique élevée.
Applications Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb est utilisé dans :
- Composants de moteurs à turbine à gaz
- Roues de turbocompresseur
- Vannes automobiles
- Structures aéronautiques et aérospatiales
- Fixations à haute température
- Composants pour le traitement chimique
Cet alliage est largement utilisé dans les moteurs d'avion en raison de son rapport résistance/poids élevé à des températures élevées. Il est également utilisé dans les composants des turbocompresseurs automobiles.
Spécifications Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb est couvert par les normes suivantes :
| Standard | Détails |
|---|---|
| AMS 4988 | Composition chimique et propriétés |
| AMS 4989 | Feuilles, bandes et plaques |
| AMS 4990 | Barre, billette, fil |
| AMS 4991 | Moulures |
| AMS 4992 | Moulages |
L'alliage est disponible sous différentes formes : plaques, tôles, barres, billettes, fils, pièces forgées et pièces coulées.
Les dimensions courantes vont de 0,010 à 4,0 pouces d'épaisseur pour les tôles, et de 0,25 à 16 pouces de diamètre pour les barres rondes.
Fournisseurs de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Parmi les principaux fournisseurs mondiaux de Ti-48Al-2Cr-2Nb, on peut citer
| Fournisseur |
|---|
| VSMPO |
| Technologies Allegheny |
| Special Metals Corporation |
| Supra Alloys |
| Alliages spéciaux d'Australie occidentale |
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb est un alliage spécialisé dont le coût est plus élevé que celui des qualités de titane standard. Le prix peut varier de 50 $/lb à plus de 200 $/lb en fonction de la taille du produit, de sa forme, de sa qualité et du volume de la commande.
Manipulation et stockage de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb doit être manipulé avec précaution pour éviter tout dommage, contamination ou déformation :
- Utiliser des outils propres et porter des gants lors de la manipulation
- Éviter de rayer ou d'éroder les surfaces finies
- Conserver dans un endroit frais et sec et garder scellé dans des sacs ou des boîtes.
- Protéger de l'exposition aux produits chimiques pendant le stockage
- Laisser les pièces refroidir complètement après le traitement avant de les stocker
L'alliage peut être sujet à des fissures s'il est mal manipulé. Il faut veiller à éviter les chutes, les chocs ou les contraintes de flexion excessives.
Inspection et essais de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Les pièces et matériaux en Ti-48Al-2Cr-2Nb peuvent être testés et inspectés par :
| Méthode | Objectif |
|---|---|
| Inspection visuelle | Vérifier l'absence de défauts et d'imperfections |
| Ressuage | Détecter les fissures et les pores de la surface |
| Contrôle par ultrasons | Détection des défauts internes |
| Contrôle par courants de Foucault | Détecter les défauts en surface et près de la surface |
| Test d'épreuve | Vérifier la solidité et révéler les fissures |
| Essai de traction | Mesurer les propriétés de traction |
| Métallographie | Analyse de la microstructure et des défauts |
| Mesure de la densité | Contrôler la composition et la qualité |
| Essai de dureté | Déterminer les propriétés mécaniques |
Des méthodes non destructives et destructives sont utilisées pour vérifier la qualité des pièces en Ti-48Al-2Cr-2Nb avant leur mise en service à haute température.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-47Al-2Cr-2Nb
L'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb diffère légèrement de l'alliage Ti-47Al-2Cr-2Nb par sa teneur en aluminium :
| alliage | Au contenu | Propriétés et applications |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | 48 % en poids | Plus résistant, utilisé dans les turbocompresseurs et les cellules d'avion |
| Ti-47Al-2Cr-2Nb | 47 % en poids | Meilleure ductilité, utilisée dans les fixations et les moteurs |
Le 1% d'aluminium en plus dans le Ti-48Al-2Cr-2Nb lui confère une résistance à haute température légèrement supérieure mais une ductilité à température ambiante légèrement inférieure à celle du Ti-47Al-2Cr-2Nb. Les deux alliages sont par ailleurs très similaires.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-46Al-2Cr-2Nb
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb peut être comparé au Ti-46Al-2Cr-2Nb comme suit :
| alliage | Au contenu | Propriétés et utilisations |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | 48 % en poids | Une plus grande résistance pour les turbines et les structures |
| Ti-46Al-2Cr-2Nb | 46 % en poids | Meilleure ductilité, utilisée pour les tôles et les pièces forgées |
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb contient plus d'aluminium que le Ti-46Al-2Cr-2Nb, ce qui lui confère une plus grande résistance mais une moins bonne aptitude au formage à température ambiante. Le Ti-46Al-2Cr-2Nb est davantage utilisé dans les tôles et les pièces forgées.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs Ti-48Al-2Cr
Principales différences entre Ti-48Al-2Cr-2Nb et Ti-48Al-2Cr :
| alliage | Nb Contenu | Effet sur les propriétés |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | 2% | Résistance plus élevée et résistance au fluage |
| Ti-48Al-2Cr | – | Résistance plus faible, moins de durcissement par précipitation |
L'ajout de 2 % de niobium a un effet de renforcement significatif dans l'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb par rapport à l'alliage Ti-48Al-2Cr sans niobium. C'est pourquoi cet alliage est préféré pour les pièces rotatives critiques.
Ti-48Al-2Cr-2Nb vs. Ti-47Al-2Mn-2Nb
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb et le Ti-47Al-2Mn-2Nb présentent ces différences :
| alliage | Principaux éléments d'alliage | Propriétés et applications |
|---|---|---|
| ti-48al-2cr-2nb | Chrome | Capacité de température plus élevée |
| Ti-47Al-2Mn-2Nb | Manganèse | Plus grande ductilité à température ambiante |
Le chrome contenu dans le Ti-48Al-2Cr-2Nb améliore sa résistance à l'oxydation à des températures plus élevées, tandis que le manganèse contenu dans le Ti-47Al-2Mn-2Nb améliore la formabilité à température ambiante.
Avantages de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Les principaux avantages du Ti-48Al-2Cr-2Nb sont les suivants :
- Excellent rapport résistance/poids
- Bonne résistance à haute température
- Résistance adéquate à l'oxydation jusqu'à 700°C
- Densité inférieure à celle des superalliages de nickel
- Peut être coulé, forgé, usiné
- Meilleure tolérance aux dommages que les autres intermétalliques
Sa faible densité, sa bonne résistance et sa ductilité raisonnable en font un alliage idéal pour les moteurs d'avion et d'autres applications à hautes performances.
Limites de Ti-48Al-2Cr-2Nb
Les limites du Ti-48Al-2Cr-2Nb sont les suivantes :
- ductilité à température ambiante inférieure à celle des alliages de titane
- Comportement fragile à basse température
- Coût plus élevé que les alliages de titane standard
- Difficile à mettre en forme et à usiner dans certaines formes de produits
- Susceptible de se fissurer en cas de mauvaise manipulation
- Ne convient pas pour une utilisation à plus de 700°C
La ductilité et la résistance à la rupture intrinsèquement plus faibles de l'alliage peuvent limiter son utilisation dans certaines conceptions et nécessitent un traitement minutieux.
Traitement Ti-48Al-2Cr-2Nb
Ti-48Al-2Cr-2Nb peut être traité et fabriqué par :
- Moulage à la cire perdue
- Forgeage – ; matrice fermée ou isotherme
- Laminage à chaud
- Traitement thermique – ; solution et vieillissement
- Usinage – ; tournage, fraisage, perçage
L'alliage nécessite un travail à chaud et un traitement thermique pour obtenir une microstructure et des propriétés optimales. Le moulage et le forgeage sont des méthodes de production courantes.
Usinage Ti-48Al-2Cr-2Nb
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb a une bonne usinabilité pour un matériau intermétallique :
- Les opérations de tournage, de perçage et de fraisage sont possibles
- Utiliser des installations rigides et des outils tranchants avec un angle de coupe positif élevé.
- Vitesses de coupe et avances modérées
- Utiliser du liquide de refroidissement sous pression ou un jet de liquide de refroidissement à haute pression.
- Le matériau recuit se coupe plus facilement que le matériau vieilli
- Les outils en carbure sont recommandés par rapport aux outils en acier rapide
La nature dure et abrasive de l'alliage implique des vitesses et des avances plus faibles et un refroidissement adéquat par rapport aux alliages de titane standard. Le recuit peut adoucir le matériau et améliorer l'usinabilité.
Soudage Ti-48Al-2Cr-2Nb
La soudabilité de Ti-48Al-2Cr-2Nb est limitée :
- Peut être soudé à l'arc au gaz tungstène (GTAW) ou à l'arc plasma.
- La sensibilité du craquage nécessite des contrôles très stricts
- Recuit de pré-soudure ou détensionnement requis
- Correspondance entre les compositions des métaux de base et des métaux d'apport
- Traitement thermique post-soudure généralement nécessaire
- Le soudage par résistance et par faisceau d'électrons peut également fonctionner
La zone affectée thermiquement est sujette à la fissuration par soudage. La conception du joint, les paramètres de soudage et le traitement post-soudure doivent donc être conçus pour éviter ce phénomène.
Coût Ti-48Al-2Cr-2Nb
Le Ti-48Al-2Cr-2Nb est plus cher que les alliages de titane conventionnels :
- Les prix varient de 50 $/lb à plus de 200 $/lb.
- Le coût élevé limite l'utilisation aux applications critiques en termes de performances
- Les commandes de grandes quantités peuvent réduire le coût par livre
- Le coût dépend également de la taille, de la forme et des exigences de qualité du produit.
- Les qualités de moulage à la cire perdue coûtent souvent plus cher que les produits corroyés.
La composition spécialisée, le traitement, le faible rendement et les utilisations finales dans l'aérospatiale contribuent au prix plus élevé du Ti-48Al-2Cr-2Nb par rapport aux qualités de titane standard.
Ti-48Al-2Cr-2Nb – ; Questions fréquemment posées
Vous trouverez ci-dessous les réponses aux questions les plus courantes sur le Ti-48Al-2Cr-2Nb :
Q : Qu'est-ce que l'alliage Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Ti-48Al-2Cr-2Nb est un alliage intermétallique léger et avancé composé d'environ 48 % de titane, 48 % d'aluminium, 2 % de chrome et 2 % de niobium. Il possède une résistance élevée à des températures élevées allant jusqu'à 700°C et une faible densité.
Q : Quelles sont les applications typiques du Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Le Ti-48Al-2Cr-2Nb est utilisé dans les composants de moteurs d'avion tels que les aubes de compresseur, les roues de turbocompresseur, les cellules, les fixations, les soupapes et d'autres structures à haute température où le rapport résistance/poids est critique.
Q : Quelles sont les principales propriétés du Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Les principales propriétés sont une faible densité, une bonne résistance à température élevée, une bonne résistance à l'oxydation, une ductilité à température ambiante et une ténacité à la rupture raisonnables pour un intermétallique. Sa résistance spécifique dépasse de loin celle du titane et des alliages de nickel.
Q : Comment le Ti-48Al-2Cr-2Nb se compare-t-il au Ti-6Al-4V ?
R : Le Ti-48Al-2Cr-2Nb a une densité plus faible, une température d'utilisation plus élevée, mais une ductilité et une résistance à la rupture à température ambiante plus faibles que l'alliage de titane Ti-6Al-4V omniprésent. Le Ti-6Al-4V reste plus résistant et plus facile à mettre en forme.
Q : Le Ti-48Al-2Cr-2Nb est-il soudable ?
R : La soudabilité du Ti-48Al-2Cr-2Nb est limitée en raison de sa susceptibilité à la fissuration par solidification. Des précautions particulières doivent être prises pour la conception du joint, le préchauffage, les paramètres de soudage et le traitement thermique après soudage.
Q : Quel est le traitement thermique utilisé pour le Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Un traitement thermique typique est un traitement en solution au-dessus du transus gamma suivi d'un vieillissement à 800-850°C pour obtenir une résistance et une ductilité optimales grâce à un durcissement par précipitation.
Q : Quel est le coût de Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Le Ti-48Al-2Cr-2Nb est nettement plus cher que les alliages de titane standard, avec des prix allant de 50 $/lb à plus de 200 $/lb en fonction de la quantité, de la qualité et de la taille/forme du produit.
Q : Quelles sont les alternatives au Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : D'autres aluminures de titane gamma comme le Ti-45Al-2Mn-2Nb, le Ti-47Al-2Cr-2Nb ou le Ti-46Al-2Cr-2Nb offrent des combinaisons variables de propriétés à température ambiante et à haute température. Les superalliages de nickel fonctionnent également à des températures plus élevées.
Q : Quelles sont les précautions à prendre lors de l'usinage de Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Le Ti-48Al-2Cr-2Nb nécessite des montages rigides, des outils tranchants, des vitesses et des avances modérées, un refroidissement abondant, et il est préférable de le recuire d'abord pour améliorer l'usinabilité. Il est préférable de procéder d'abord à un recuit pour améliorer l'usinabilité. Une ingénierie de processus minutieuse est nécessaire pour éviter l'usure des outils et l'endommagement de l'alliage.
Q : Pouvez-vous résumer les points essentiels concernant Ti-48Al-2Cr-2Nb ?
R : Le Ti-48Al-2Cr-2Nb est un alliage léger d'aluminure de titane à haute température qui présente une bonne résistance jusqu'à 700°C, une faible densité, une résistance à l'oxydation et une meilleure ductilité que les autres intermétalliques. Il est utile pour les moteurs d'avion mais coûte beaucoup plus cher que les alliages de titane standard. Un traitement et une manipulation appropriés sont essentiels pour éviter les fissures.