Barres rondes et billettes en titane Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al, UNS R56410) — alliage de forgeage de type quasi-bêta répondant aux exigences chimiques de la norme AMS 4984, conçu pour les trains d'atterrissage aérospatiaux, les pièces forgées critiques de cellule d'aéronef et les applications structurelles à haute résistance nécessitant une trempabilité en section profonde.
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Les barres rondes et les billettes en titane Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al, UNS R56410) constituent un alliage de titane de type quasi-bêta, fourni sous forme de pièces de forgeage et de barres usinées, conformément aux spécifications des normes AMS 4983 et AMS 4984 relatives aux alliages et aux conditions de coulée, avec des résistances à la traction allant de 970 MPa à l'état recuit à 1 193–1 260 MPa (173–183 ksi) à l'état traité par solution et vieilli. Cet alliage est le matériau de référence pour le train d'atterrissage principal du Boeing 777 et est largement prescrit pour les pièces forgées critiques de la cellule ainsi que pour les composants structurels soumis à une fatigue à haut nombre de cycles, qui exigent une trempabilité en profondeur supérieure et une forjabilité proche de la forme finale.
| Paramètres | Valeur |
|---|---|
| Qualité des matériaux | Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) |
| Numéro UNS | R56410 |
| Spécifications de forgeage | AMS 4983 / AMS 4984 / AMS 4986 / AMS 4987 |
| Formulaires disponibles | Barres rondes / billettes (matières premières pour le forgeage) ; ébauches de barres usinées |
| Gamme de diamètres | 12,7–203 mm (0,5–8,0 pouces) |
| Longueur | Jusqu'à 6 000 mm (236 pouces) ; découpe sur mesure disponible |
| Tolérance | h9–h11 (finition brute) ; disponible à l'état laminé |
| État de la surface | Tourné, rectifié ou tel que laminé/écroûté |
| MOQ | 50 kg (dimensions sur mesure) / articles en stock disponibles |
| Délai d'exécution | 4 à 12 semaines (sous réserve de la disponibilité des matériaux) |
| Certificat d'essai en usine | Certificat EN 10204 3.1 fourni avec chaque commande |
Le Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) est un alliage de titane de type « quasi-bêta » et « bêta métastable » contenant, en principe, 10 % en poids de vanadium, 2 % en poids de fer et 3 % en poids d’aluminium, d’une densité de 4,65 g/cm³ et dont la température de transus bêta est d’environ 800 °C (1 472 °F).
Développé à l'origine par TIMET (Titanium Metals Corporation) et commercialisé sous le nom de TIMETAL 10-2-3, cet alliage a été homologué pour une utilisation aérospatiale au début des années 1970 et est devenu le principal alliage structurel utilisé pour le train d’atterrissage principal du Boeing 777 — une application nécessitant un durcissement sur toute la section de grandes sections transversales, ce que les alliages alpha-bêta conventionnels tels que le Ti-6Al-4V ne peuvent pas réaliser. Le remplacement de l'acier 4340M par des pièces forgées en Ti-1023 sur le train d'atterrissage principal du 777 a permis de réduire le poids du système d'environ 270 kg.
Principales caractéristiques distinctives :
Le Ti-1023 est également désigné sous le nom de TB6 selon la norme nationale chinoise (GB/T 2965) et porte le numéro UNS R56410. Il n'existe pas de “ numéro de nuance ” ASTM (analogue aux nuances CP 1 à 4) pour cet alliage ; les spécifications du produit sont entièrement régies par le système AMS.
Composition chimique du Ti-1023 selon la norme AMS 4984 (pourcentage massique) :
| Élément | Minimum (wt%) | Maximum (wt%) |
|---|---|---|
| Aluminium (Al) | 2.6 | 3.4 |
| Vanadium (V) | 9.0 | 11.0 |
| Fer (Fe) | 1.6 | 2.2 |
| Oxygène (O) | — | 0.13 |
| Carbone © | — | 0.05 |
| Azote (N) | — | 0.05 |
| Hydrogène (H) | — | 0.015 |
| Autres éléments (chacun) | — | 0.10 |
| Autres éléments (total) | — | 0.30 |
| Titane (Ti) | Équilibre | — |
La teneur en aluminium stabilise la phase alpha et assure un renforcement par solution solide ; le vanadium est le principal stabilisateur de la phase bêta et détermine la trempabilité ; le fer agit comme stabilisateur supplémentaire de la phase bêta et exerce une influence particulièrement forte sur la température de début de martensitisation, ce qui fait de la teneur en fer la variable la plus strictement contrôlée dans le cahier des charges de l'alliage.
Les propriétés du Ti-1023 dépendent fortement des conditions de traitement thermique. Les quatre spécifications de forgeage AMS (4983, 4984, 4986, 4987) définissent différentes combinaisons de résistance et de ténacité obtenues en variant les températures de vieillissement des pièces forgées.
Caractéristiques mesurées sur la barre/la billette avant le vieillissement final — représentatives du matériau fourni en vue du forgeage et du traitement thermique ultérieurs :
| Propriété | Valeur | Norme d'essai |
|---|---|---|
| Résistance ultime à la traction (UTS) | ~970 MPa (141 ksi) | ASTM E8 |
| 0,21 TP3T Limite d'élasticité | ~900 MPa (131 ksi) | ASTM E8 |
| Élongation | ~9% | ASTM E8 |
| Module d'élasticité | ~110 GPa (16,0 Msi) | ASTM E111 |
Pièces forgées traitées par solution et vieillies : vieillissement à une température comprise entre 482 et 510 °C (900–950 °F), section maximale de 76 mm (3 pouces) :
| Propriété | Minimum | Norme d'essai |
|---|---|---|
| Résistance ultime à la traction (UTS) | 1 193 MPa (173 ksi) | ASTM E8 |
| 0,21 TP3T Limite d'élasticité | 1 103 MPa (160 ksi) | ASTM E8 |
| Limite d'élasticité en compression | 1 145 MPa (166 ksi) | ASTM E9 |
| Élongation | 4% | ASTM E8 |
| Résistance à la rupture (KIc) | 44 MPa·m½ (40 ksi·√in) | ASTM E399 |
| Résistance à la fatigue (~10⁷ cycles) | ~945 MPa (137 ksi) | ASTM E466 |
| Module d'élasticité | 107–114 GPa (15,5–16,5 Msi) | ASTM E111 |
Pour les sections plus épaisses et les conceptions résistantes aux dommages (vieillissement à 510–593 °C, section maximale de 102 mm / 4 pouces) :
| AMS | Min UTS | Min YS | Allongement minimal | Min KIc | Section Max |
|---|---|---|---|---|---|
| AMS 4986 | 1 103 MPa (160 ksi) | 1 000 MPa (145 ksi) | 6% | 60 MPa·m½ | 102 mm (4 pouces) |
| AMS 4987 | 965 MPa (140 ksi) | 896 MPa (130 ksi) | 8% | 88 MPa·m½ | 102 mm (4 pouces) |
Paramètres standard de traitement thermique :
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 4,65 g/cm³ (0,168 lb/in³) |
| Température de Beta Transus | environ 800 °C (1 472 °F) |
| Module d'élasticité (en traction) | ~110 GPa (16,0 Msi) |
| Module de cisaillement | 42,1 GPa (6,1 Msi) |
| Coefficient de Poisson | ~0.32 |
| Conductivité thermique | 7,80 W/m·K |
| Coefficient de dilatation thermique | 9,70 µm/m·°C (5,39 µin/in·°F) |
| Capacité thermique spécifique | ~520 J/kg·K |
| Plage de fusion | ~1 704–1 760 °C (3 100–3 200 °F) |
Les barres rondes et les billettes en Ti-1023 sont disponibles dans les configurations standard suivantes. Des diamètres et des longueurs de coupe sur mesure sont proposés sous réserve d'une quantité minimale de commande.
| Formulaire | Gamme de diamètres | État de la surface |
|---|---|---|
| Tourné / rectifié | 12,7–76,2 mm (0,50–3,00 pouces) | h9–h11 conformément à la norme ISO 286-2 |
| Tel quel / pelé | 25,4–152,4 mm (1,00–6,00 pouces) | ±0,5 mm |
| Pièce brute surdimensionnée (matière première pour forgeage) | 76,2–203,2 mm (3,00–8,00 pouces) | Tel qu'usiné |
Le Ti-1023 et le Ti-6Al-4V (Grade 5) sont tous deux des alliages de titane aérospatiaux haute performance, mais ils répondent à des exigences structurelles différentes. La comparaison ci-dessous présente les principaux critères de sélection pour la conception de structures aérospatiales.
| Propriété | Ti-1023 (état AMS 4984) | Ti-6Al-4V (AMS 4928, STA) |
|---|---|---|
| Min UTS | 1 193 MPa (173 ksi) | ~895 MPa (130 ksi) min. |
| Limite d'élasticité minimale | 1 103 MPa (160 ksi) | ~828 MPa (120 ksi) min. |
| Résistance à la rupture (KIc) | ~44 MPa·m½ | ~60–80 MPa·m½ |
| Densité | 4,65 g/cm³ | 4,43 g/cm³ |
| Module d'élasticité | ~110 GPa | ~114 GPa |
| Beta Transus | environ 800 °C | ~995 °C |
| Dureté en profondeur | Section allant jusqu'à environ 100 mm (4 pouces) | Limité (section d'environ 25 mm) |
| Forgeabilité (forme proche de la forme finale) | Excellent (températures de forgeage plus basses) | Bon |
| Usinabilité | Inférieur (état d'usure) | Modéré |
| Soudabilité | Limité (le soudage par fusion n'est pas recommandé pour l'acier STA) | Bon |
| Classification | Bêta proche (bêta métastable) | Alpha-bêta |
| Spécifications techniques de forgeage primaire | AMS 4984 | AMS 4928 |
Quand choisir le Ti-1023 :
Quand utiliser le Ti-6Al-4V :
Les barres rondes et les billettes en titane Ti-1023 sont destinées aux applications structurelles critiques pour lesquelles une résistance élevée, un faible poids et la trempabilité en fonction de la section constituent les contraintes de conception déterminantes :
Les quatre spécifications AMS relatives à cet alliage s'appliquent aux pièces forgées. Les barres et les billettes sont fournies en tant que matière première de forgeage, conformément aux exigences de composition chimique et de fusion définies dans ces spécifications.
| Standard | Forme du produit | Condition | Min UTS | Section Max |
|---|---|---|---|---|
| AMS 4983 | Pièces forgées | STA — 180 ksi | 1 241 MPa (180 ksi) | — |
| AMS 4984 | Pièces forgées, électrodes fusibles | STA — 173 ksi | 1 193 MPa (173 ksi) | 76 mm (3 pouces) |
| AMS 4986 | Pièces forgées, électrodes fusibles | STA — 160 ksi | 1 103 MPa (160 ksi) | 102 mm (4 pouces) |
| AMS 4987 | Pièces forgées, électrodes fusibles | Survieillissement — 140 ksi | 965 MPa (140 ksi) | 102 mm (4 pouces) |
| Norme / Identifiant | Description |
|---|---|
| UNS R56410 | Désignation du système de numérotation unifié |
| GB/T 2965 TB6 | Désignation équivalente selon la norme nationale chinoise |
| EN 10204 3.1 | Certificat d'essai en usine conforme à la norme ; fourni avec toutes les livraisons |
Les matériaux sont fabriqués et fournis dans le cadre d'un système de gestion de la qualité certifié selon :
Toutes les livraisons sont accompagnées d'un certificat d'essai en usine (MTC) conforme à la norme EN 10204 3.1, couvrant :
La documentation relative au contrôle du premier article (FAI) est disponible sur simple demande.
Le Ti-1023 est un alliage de titane de type « quasi-bêta » (bêta métastable) dont la composition nominale est Ti-10V-2Fe-3Al (10 % en poids de vanadium, 2 % en poids de fer, 3 % en poids d’aluminium), UNS R56410. Développé à l’origine par TIMET sous le nom commercial TIMETAL 10-2-3, il a été conçu pour les pièces forgées aérospatiales à section épaisse nécessitant un durcissement complet — une capacité que les alliages alpha-bêta tels que le Ti-6Al-4V ne peuvent pas offrir pour les grandes sections transversales. Il est également désigné sous la référence TB6 dans la norme nationale chinoise.
Les quatre spécifications AMS relatives au Ti-1023 (AMS 4983, 4984, 4986 et 4987) s'appliquent toutes aux pièces forgées. La norme AMS 4984 (résistance à la traction minimale de 173 ksi, section maximale de 76 mm) est la plus couramment spécifiée pour les applications à haute résistance telles que les trains d'atterrissage. Les normes AMS 4986 (160 ksi, section maximale de 102 mm) et AMS 4987 (140 ksi, section maximale de 102 mm) offrent une meilleure ténacité à la rupture à une résistance inférieure, pour les conceptions tolérantes aux dommages. Les barres et les billettes sont fournies sous forme de matière première de forgeage répondant aux exigences de composition chimique de l’alliage et de fusion de ces spécifications.
Le Ti-1023 est principalement utilisé pour les trains d'atterrissage et les structures critiques de la cellule dans le secteur aérospatial. L'application la plus souvent citée est celle du train d'atterrissage principal du Boeing 777, où le Ti-1023 a remplacé l'acier 4340M et permis de réduire le poids du train d'atterrissage principal d'environ 270 kg. L'avion de transport militaire C-17 Globemaster III et l'hélicoptère Super Lynx (pièces forgées de la tête de rotor principal) utilisent également le Ti-1023 dans leurs structures primaires. Cet alliage est prescrit partout où une résistance à la traction supérieure à 1 100 MPa, une trempabilité en profondeur des sections épaisses et une forgeabilité proche de la forme finale sont simultanément requises.
La densité du Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) est de 4,65 g/cm³ (0,168 lb/in³). Elle est légèrement supérieure à celle du Ti-6Al-4V (4,43 g/cm³) en raison de sa forte teneur en vanadium, mais la résistance à la traction nettement supérieure de cet alliage à l’état vieilli (1 193+ MPa contre environ 895 MPa au minimum pour le Ti-6Al-4V selon la norme AMS 4928) lui confère une résistance spécifique supérieure pour les applications structurelles épaisses soumises à des charges.
Ces trois spécifications concernent toutes le Ti-1023 forgé. Elles se distinguent par la température de vieillissement et l'équilibre résistance-ténacité qui en résulte. La norme AMS 4984 utilise la température de vieillissement la plus basse (482–510 °C) et permet d’atteindre la résistance la plus élevée (résistance à la rupture minimale de 173 ksi, ténacité à la rupture de 40 ksi·√in) pour des sections allant jusqu’à 76 mm. La norme AMS 4986 utilise une température de vieillissement intermédiaire (510–538 °C) pour obtenir un équilibre entre résistance (160 ksi) et ténacité (55 ksi·√in) dans des sections allant jusqu’à 102 mm. La norme AMS 4987 utilise la température de vieillissement la plus élevée (566–593 °C) pour obtenir la meilleure ténacité (80 ksi·√in) à la résistance la plus faible (140 ksi) pour des sections allant jusqu’à 102 mm.
La température du transus bêta du Ti-1023 (Ti-10V-2Fe-3Al) est d'environ 800 °C (1 472 °F). Pour le traitement thermique par solution AMS 4984, les pièces forgées sont maintenues à une température comprise entre 28 et 56 °C (50–100 °F) en dessous du transus bêta — généralement entre 744 et 772 °C — pendant au moins 30 minutes, puis trempés à l’eau, afin de conserver la phase alpha primaire avant le vieillissement. Le dépassement du transus bêta pendant le traitement de mise en solution entraîne l’apparition d’une microstructure entièrement lamellaire, ce qui réduit la résistance à la fatigue.
Le Ti-1023 à l'état recuit peut être assemblé par soudage GTAW (TIG) sous protection de gaz inerte ; le soudage par faisceau d'électrons (EB) est la méthode privilégiée pour les assemblages structurels. Le Ti-1023 à l'état traité par mise en solution et vieilli (AMS 4984) n'est généralement pas recommandé pour le soudage par fusion dans les applications structurelles, car la zone affectée thermiquement par la soudure ne peut pas être re-vieillie in situ pour retrouver ses propriétés mécaniques d'origine. Le soudage par diffusion et le soudage par inertie/friction sont utilisés dans des programmes spécialisés d’assemblage aérospatial.
Les diamètres standard compris entre 25,4 et 76,2 mm (1,0 à 3,0 pouces) sont généralement disponibles à l'état recuit pour une expédition rapide en tant que matière première de forgeage. Les barres de plus grand diamètre et celles traitées selon le procédé STA sont généralement fournies sur commande, avec des délais de livraison de 4 à 12 semaines selon le diamètre et la quantité. Veuillez contacter l'équipe commerciale en précisant le diamètre, la longueur, l'état et la quantité souhaités afin de connaître la disponibilité actuelle et d'obtenir une réponse officielle à votre demande de devis.
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