PREP Poudre d'alliage de titane réfractaire
Le TiAl est une nouvelle classe d'alliages pour l'aérospatiale qui offre un excellent rapport résistance/poids ainsi qu'une grande stabilité chimique et thermique. L'alliage d'aluminure de titane Gamma possède d'excellentes propriétés mécaniques ainsi qu'une résistance à l'oxydation et à la corrosion à des températures élevées (plus de 600 degrés Celsius). Le TiAl est la dernière classe de matériaux en concurrence avec les superalliages au nickel pour la fabrication de pièces de moteurs d'avion telles que les turbines à basse pression.
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Table des matières
Aperçu de la poudre d'alliage de titane réfractaire PREP
L'alliage PREP (Plasma Rotating Electrode Process) est une poudre d'alliage de titane réfractaire de haute performance conçue pour la fabrication additive de composants nécessitant d'excellentes propriétés mécaniques à des températures extrêmes.
Cet article fournit un guide complet sur la poudre d'alliage de titane PREP, couvrant la composition, les propriétés, les paramètres d'impression, les applications, les spécifications, les fournisseurs, la manipulation, l'inspection, les comparaisons, les avantages et les inconvénients, et les FAQ. Les informations quantitatives sont présentées dans des tableaux faciles à consulter.
Composition de la poudre d'alliage de titane PREP
L'alliage PREP a une composition complexe contenant divers éléments solutés :
| Élément | Poids % | Objectif |
|---|---|---|
| Titane | Équilibre | Élément principal de la matrice |
| Aluminium | 5 – 7 | Renforçateur de solution solide |
| Etain | 1 – 3 | Renforçateur de solution solide |
| Zirconium | 0.5 – 2 | Contrôle de la structure des grains |
| Molybdène | 1 – 3 | Renforçateur de solution solide |
| Silicium | 0.5 – 1.5 | Résistance à l'oxydation |
| Niobium | 1 – 3 | Forme en carbure |
| Tantale | 1 – 3 | Forme en carbure |
Des traces de bore et de carbone sont également ajoutées pour renforcer les joints de grains.
Propriétés de la poudre d'alliage de titane PREP
L'alliage PREP présente une combinaison exceptionnelle de propriétés :
| Propriété | Description |
|---|---|
| Haute résistance | Excellente résistance à la traction et au fluage jusqu'à 700°C |
| Résistance à la fatigue | Grande résistance à la fatigue à des températures élevées |
| Ténacité à la rupture | Jusqu'à 100 MPa-√m |
| Résistance à l'oxydation | Forme une couche d'oxyde protectrice |
| Stabilité thermique | Stabilité microstructurale après une exposition prolongée |
| Tolérance aux dommages | Résistant à la formation de fissures |
| Biocompatibilité | Non toxique et non allergène |
Ces propriétés permettent d'obtenir des composants légers pour des applications exigeantes.
Paramètres d'impression AM pour la poudre d'alliage de titane PREP
Les paramètres typiques du processus d'AM sont les suivants
| Paramètres | Valeur typique | Objectif |
|---|---|---|
| Hauteur de la couche | 30-50 μm | Résolution et vitesse de construction |
| Puissance du laser | 150-500 W | Fusion suffisante sans évaporation |
| Vitesse de balayage | 750-1500 mm/s | Densité en fonction du taux de production |
| Espacement des trappes | 80-120 μm | Propriétés mécaniques |
| Pressage isostatique à chaud | 900°C, 100 MPa, 3 heures | Éliminer les vides internes |
Paramètres optimisés pour la densité, la microstructure, la vitesse de fabrication et les exigences de post-traitement.
Applications des pièces en titane PREP imprimées en 3D
Les composants en alliage PREP sont utilisés dans des applications critiques, notamment
| L'industrie | Composants |
|---|---|
| Aérospatiale | Aubes de turbines, pièces de compresseurs, supports |
| Automobile | Bielles, soupapes, roues de turbocompresseur |
| Médical | Implants orthopédiques, outils chirurgicaux |
| Chimique | Pompes, vannes, cuves de réaction |
| Production d'électricité | Composants du parcours des gaz chauds |
Les avantages par rapport aux équivalents corroyés sont notamment des géométries complexes et un développement accéléré.
Spécifications de la poudre de titane PREP pour AM
La poudre d'alliage PREP doit répondre à des spécifications strictes :
| Paramètres | Spécifications |
|---|---|
| Gamme de taille des particules | 15-45 μm typique |
| Forme des particules | Morphologie sphérique |
| Densité apparente | >2,5 g/cc |
| Densité du robinet | >4,5 g/cc |
| Débit de Hall | >35 secondes pour 50 g |
| La pureté | >99.95% |
| Teneur en oxygène | <1000 ppm |
Des distributions de tailles personnalisées et des niveaux d'oxygène contrôlés sont disponibles.
Fournisseurs de poudre d'alliage de titane PREP
La poudre d'alliage PREP est fournie par :
| Fournisseur | Localisation |
|---|---|
| Praxair | ÉTATS-UNIS |
| AP&C | Canada |
| Tekna | Canada |
| Métalyse | ROYAUME-UNI |
| Technologie LPW | ROYAUME-UNI |
| EOS | Allemagne |
Les prix varient de $250/kg à $450/kg en fonction de la qualité, de la répartition des tailles et du volume de la commande.
Manipulation et stockage de la poudre de titane PREP
En tant que matériau réactif, il est essentiel de manipuler avec précaution la poudre d'alliage PREP :
- Stocker les récipients scellés sous gaz inerte comme l'argon.
- Empêcher l'exposition à l'air et à l'humidité pendant la manipulation
- Utiliser un équipement correctement mis à la terre
- Éviter l'accumulation de poussière pour minimiser le risque d'explosion
- Une ventilation locale par aspiration est recommandée
- Porter un EPI approprié et éviter l'inhalation
Des techniques et des contrôles appropriés permettent d'éviter l'oxydation des poudres.
Inspection et essais de la poudre de titane PREP
Les lots de poudre d'alliage PREP sont validés en utilisant :
| Méthode | Paramètres testés |
|---|---|
| Analyse granulométrique | Distribution de la taille des particules |
| Imagerie SEM | Morphologie des particules |
| EDX | Chimie/composition |
| XRD | Phases présentes |
| Pycnométrie | Densité |
| Débit de Hall | Fluidité de la poudre |
Les tests effectués selon les normes ASTM garantissent la cohérence d'un lot à l'autre.
Comparaison de l'alliage PREP avec d'autres poudres de titane
L'alliage PREP se compare à d'autres matériaux en titane :
| Alliage | La force | Résistance à l'oxydation | Coût | Imprimabilité |
|---|---|---|---|---|
| PRÉPARATION | Excellent | Excellent | Haut | Bon |
| Ti64 | Bon | Bon | Moyen | Juste |
| Ti6242 | Excellent | Bon | Haut | Juste |
| CP-Ti | Faible | Excellent | Faible | Excellent |
PREP offre les meilleures propriétés générales, mais à un coût plus élevé que les alliages de base tels que Ti64.
Avantages et inconvénients de la poudre de titane PREP pour l'AM
| Pour | Cons |
|---|---|
| Résistance exceptionnelle à haute température | Cher par rapport au Ti64 et au CP-Ti |
| Excellente résistance à la fatigue thermomécanique | Densité plus élevée que les autres alliages de titane |
| Géométries complexes réalisables | Manipulation en atmosphère contrôlée obligatoire |
| Anisotropie plus faible que celle du Ti64 et du CP-Ti | Traitement très sensible à la technique |
| Correspondance entre les propriétés et les formes corroyées PREP | Nombre limité de fournisseurs et de variantes d'alliage |
PREP permet une fabrication additive aux performances exceptionnelles, mais nécessite un contrôle très rigoureux des conditions du processus.
Questions fréquemment posées sur la poudre d'alliage de titane PREP
Q : À quoi sert l'alliage de titane PREP dans l'AM ?
R : L'alliage PREP est utilisé pour imprimer en 3D des composants légers pour l'aérospatiale et l'automobile nécessitant des propriétés mécaniques extrêmement élevées à des températures allant jusqu'à 700°C.
Q : Quelle est la taille des particules recommandée pour l'impression de l'alliage de titane PREP ?
R : Une taille de poudre comprise entre 15 et 45 microns permet d'obtenir un bon équilibre entre fluidité, haute résolution et densité des pièces imprimées.
Q : Le titane PREP nécessite-t-il un pressage isostatique à chaud après l'AM ?
R : Le HIP est recommandé pour éliminer les vides internes, maximiser la résistance à la fatigue et atteindre une densité maximale. Elle n'est pas obligatoire pour les applications non critiques.
Q : Quel est le matériau dont les propriétés sont les plus proches de l'alliage de titane PREP ?
R : Le Ti-6Al-4V a une densité comparable et une bonne résistance à haute température, mais une résistance à l'oxydation inférieure à celle des alliages PREP.
Q : Quels sont les avantages de l'alliage PREP par rapport au Ti-6Al-4V en AM ?
R : Les principaux avantages sont une plus grande résistance à la traction et à la fatigue jusqu'à 700°C ainsi qu'une bien meilleure résistance au fluage et à la fatigue thermomécanique.
Q : Quelle précision peut-on obtenir avec les pièces imprimées en titane PREP ?
R : Après post-traitement, les composants PREP imprimés peuvent atteindre des tolérances dimensionnelles et une finition de surface comparables à celles des pièces en titane usinées par CNC.
Q : Quels défauts peuvent apparaître lors de l'impression de l'alliage de titane PREP ?
R : Les défauts potentiels sont la fissuration, la distorsion, la porosité, la fusion incomplète et la rugosité de la surface. La plupart d'entre eux peuvent être minimisés grâce à l'optimisation des paramètres.
Q : Les structures de soutien peuvent-elles être facilement retirées des pièces AM en titane de PREP ?
R : Les supports minimaux correctement conçus sont facilement détachables après l'impression en raison des excellentes propriétés mécaniques des alliages PREP.
Q : Quel type de post-traitement est généralement effectué sur les composants en titane PREP ?
R : Le pressage isostatique à chaud, le traitement thermique, l'usinage par flux abrasif, l'usinage CNC et l'électropolissage sont des post-traitements couramment utilisés.
Q : Quelle est la principale différence entre le Ti-6Al-4V Grade 5 et le Grade 23 ?
R : Le grade 5 a une teneur en oxygène plus élevée pour une meilleure fluidité de la poudre, tandis que le grade 23 a une teneur en oxygène plus faible pour une meilleure ténacité à la rupture et une meilleure résistance à la fatigue.
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