Parlons de l'application des pièces d'usinage en titane dans les produits aérospatiaux

 

 

Depuis les années 1950, l'utilisation de pièces usinées en titane dans le secteur aérospatial a connu un développement rapide. Ces dernières années, les projets de recherche sur les applications des alliages de titane dans l'aérospatiale ont réalisé d'importants progrès, et de nombreux alliages ont été considérablement perfectionnés. Cet article traite principalement de l'utilisation des pièces usinées en titane dans les produits aérospatiaux.

 

 

 

 

 

Les caractéristiques des alliages de titane pour l'aéronautique

 

 

 

 

(1) Haute résistance. Les pièces usinées en titane ont une résistance élevée. Sa résistance à la traction est de 686 à 1176 60 MPa et sa densité n'est que d'environ XNUMX % de celle de l'acier, sa résistance spécifique est donc très élevée.

 

 

(2) Excellentes performances à haute température. L'alliage de titane peut toujours conserver de bonnes propriétés mécaniques à haute température, sa résistance à la chaleur est bien supérieure à celle de l'alliage d'aluminium et sa plage de températures de fonctionnement est plus large.

 

 

(3) Forte résistance à la corrosion. Dans l'air à moins de 550 °C, un film d'oxyde de titane mince et dense se forme rapidement à la surface des pièces usinées en titane, et sa résistance à la corrosion est meilleure que celle de la plupart des aciers inoxydables.

 

 

 

 

 

Quelles sont les applications des pièces usinées en alliage de titane dans l’aéronautique ?

 

 

 

 

Dans l'industrie aéronautique, les applications des pièces usinées en titane sont divisées en alliages de titane pour structures d'aéronefs et alliages de titane pour structures de moteurs. Dans l'aérospatiale, les alliages de titane sont principalement utilisés comme matériaux pour la fabrication de structures et de conteneurs de fusées, de missiles et d'engins spatiaux.

Les alliages de titane pour structures d'aéronefs doivent généralement être utilisés à des températures inférieures à 350 °C, ce qui nécessite une résistance spécifique élevée, une bonne ténacité, une excellente résistance à la fatigue et de bonnes performances du processus de soudage. Les alliages de titane pour moteurs nécessitent une résistance spécifique élevée, une bonne stabilité thermique, une résistance à l'oxydation et une résistance au fluage. Outre les exigences de performance des pièces usinées en titane pour l'aviation, les véhicules aérospatiaux nécessitent également une résistance aux températures élevées et aux radiations.

 

 

 

 

 

 

Pour les moteurs aérospatiaux, les domaines d'application des pièces usinées en titane comprennent les disques de compresseur, les aubes, les tambours, les rotors de compresseur haute pression, les carters de compresseur, etc. Environ 30 % du poids structurel des moteurs à turbine modernes est constitué de matériaux en alliage de titane. L'application de pièces usinées en titane réduit la qualité des aubes de compresseur et des aubes de ventilateur, et prolonge en même temps la durée de vie et les intervalles d'inspection des pièces usinées en titane. Le bord d'attaque et la pointe des aubes de ventilateur du moteur Boeing 747-8GENX utilisent un manchon de protection en alliage de titane, qui n'a été remplacé que trois fois au cours de la période de service de 10 ans.

 

 

Les véhicules aérospatiaux fonctionnent dans des conditions extrêmes telles que des températures ultra-élevées, des températures ultra-basses, un vide élevé, des contraintes élevées et une forte corrosion. En plus d'une technologie de conception structurelle exceptionnelle, ils s'appuient également sur les excellentes caractéristiques et fonctions des matériaux en alliage de titane. Le traitement et la fabrication d'alliages de titane pour les réservoirs de carburant, les coques de moteurs-fusées, les conduits de tuyères de fusées, les coques de satellites artificiels, etc. sont des applications typiques.

 

 

Les pièces usinées en titane pour l'aéronautique doivent passer par les processus de coulée en lingots, de billette, de forgeage et d'usinage pour obtenir la structure et les performances du matériau requises. Elles sont souvent utilisées pour fabriquer des composants de palier principal de squelette d'avion et des rotors de moteur. Selon HB5024-1989, le diamètre extérieur des grandes pièces forgées n'est pas inférieur à 500 mm. Avec le développement des avions et des moteurs, les exigences de qualité des pièces usinées en titane pour l'aviation sont de plus en plus élevées, la taille est de plus en plus grande et la forme est de plus en plus compliquée.

La forme des pièces structurelles des pièces usinées en titane pour avions est complexe et le taux d'utilisation du matériau ne dépasse généralement pas 10 %. Le matériau des quatre grands cadres de renfort de palier principal de l'avion F-22 est le Ti-6Al-4V ELI, et la surface projetée des pièces forgées est de 4.06 à 5.67 mètres carrés. Ces dernières années, l'équipement de forgeage spécialisé de mon pays pour les pièces usinées en titane pour l'aéronautique a été considérablement amélioré et il est désormais possible de produire 5 mètres carrés de pièces forgées intégrales en alliage de titane.

 

 

En raison des excellentes performances des matériaux en alliage de titane, certaines pièces clés des véhicules aérospatiaux sont également traitées et fabriquées en alliage de titane. Par exemple, la lèvre d'admission d'air est une pièce fabriquée par impression 3D d'un matériau en alliage de titane, qui réalise la conception et la fabrication intégrées de pièces structurelles et de pièces fonctionnelles.

 

 

Les fixations en alliage de titane couramment utilisées dans l'industrie aérospatiale comprennent principalement des rivets, des boulons et des fixations spéciales.

 

 

Les principales applications des pièces usinées en titane pour avions sont les pièces de train d'atterrissage, les cadres, les poutres, les revêtements de fuselage, les boucliers thermiques, etc. L'avion russe Il-76 utilise un alliage de titane BT22 à haute résistance pour traiter et fabriquer des composants clés tels que le train d'atterrissage et les poutres porteuses. Le matériau de la poutre de transmission principale du train d'atterrissage du Boeing 747 est le Ti-6Al-4V. La pièce forgée mesure 6.20 mètres de long, 0.95 mètre de large et a une masse de 1,545 XNUMX kilogrammes.

L'alliage de titane Ti-62222S à haute résistance et haute ténacité est utilisé dans les pièces clés de l'arbre du stabilisateur horizontal de l'avion C-17. La zone arrière du fuselage et le bouclier thermique arrière où se trouve le moteur de l'avion F-22 sont conçus avec une structure à parois minces en alliage de titane, qui présente une bonne résistance à la température.

 

 

Les pièces d'usinage en titane utilisées sur l'avion américain F-22 comprennent : des boulons en alliage de titane à haute résistance, des clous à rainure annulaire, des boulons à verrouillage élevé à tige conique polie, des boulons auto-serrants, des rivets en titane-niobium et des écrous de collage. Le premier grand avion commercial national de mon pays, le C919, qui a volé en 2014, a utilisé plus de 200,000 XNUMX pièces d'usinage en titane sur une seule machine.

Le développement et l'utilisation de fixations en alliage de titane permettent de réduire encore le poids des structures d'avions. Le poids de la structure du Boeing 747 a été réduit de 1,814 96 kg après le remplacement de l'acier par du titane. L'avion russe Il-142,000 utilise 600 XNUMX fixations et remplace l'acier par du titane pour réduire son poids de XNUMX kg.

 

 

 

 

 

 

Résumer

 

 

 

 

L'alliage de titane est un matériau présentant une résistance spécifique élevée, d'excellentes performances à haute température et une forte résistance à la corrosion. À l'avenir, les pièces usinées en titane destinées à l'aéronautique devront répondre à des exigences accrues en termes de résistance, de ténacité, de résistance aux dommages et de tenue à la température. Par conséquent, les applications des alliages de titane seront de plus en plus recherchées.