Forges en alliage de titane TC25

L’alliage de titane TC25, connu sous le nom de BT25 dans le système de désignation russe, est un alliage de titane α+β haute résistance et haute température, conçu pour la rotation du matériel qui fonctionne pendant de longues périodes à 450–550 °C (842–1022 °F) dans les moteurs d’avion et les turbines à gaz.

Ce que nous fournissons, c’est du matériau solide forgé et laminé à chaud — barres et forgés. Pas du titane structurel polyvalent, ni de la poudre pour la fabrication additive.

Henan Chalco fournit des barres TC25 en Ø16–500 mm (0,63–19,7 in) et des pièces forgées isothermiques avec une surface projetée allant jusqu’à 2 m² (21,5 ft²). Nous pouvons également examiner votre dessin et y fournir.

TC25 vs Ti-6242 et IMI 834 : où se situe cet alliage

Si vous choisissez un matériau pour un disque ou une lame fonctionnant autour de 500 °C, le Ti-6242 ou l’IMI 834 sont probablement déjà sur votre liste restreinte.

TC25 mérite d’être sur cette même liste — non pas parce qu’il est moins cher, mais parce qu’il prend une voie de renforcement différente.

En un coup d’œil :

• TC25 (BT25) — α+β, à roulement tungstène, pour des pièces rotatives à 450–550 °C ; conserve à la fois la résistance à la chaleur et à la température ambiante
• Ti-6242 / Ti-6242S — proche α, résistance au fluage son point fort, service long terme autour de 540 °C
• IMI 834 — proche α, température de service jusqu’à environ 600 °C, d’abord la fluance et la résistance à l’oxydation
• Ti-6Al-4V (Grade 5) — le cheval de bataille polyvalent, plafond de service à long terme autour de 350–400 °C

La différence entre α+β et proche α réside, en pratique, dans la voie du renforcement.

Le TC25 tire sa résistance à la chaleur d’environ 1 % de tungstène — un stabilisateur de β eutectoïde — travaillant en collaboration avec le silicium, ce qui fait que la composition est du côté α+β haute résistance. Le Ti-6242 adopte la voie Sn-Zr-Mo solution solide plus silicide, se situe plus proche de la α et est plus résistant au fluage.

Ainsi, bien que les deux grades se chevauchent sur la température de service, elles penchent dans des directions différentes. Pour un disque qui doit contenir à la fois la résistance à température ambiante et à haute température, le TC25 est généralement le plus facile à ajuster ; pour une pièce dont la conception est due à un fluage à long terme, le côté proche α convient mieux.

Un point doit être souligné dès le départ : le chevauchement des plages de température ne signifie pas que les notes sont interchangeables. TC25 n’est pas un remplacement direct du Ti-6242. Le type de microstructure, la réponse au traitement thermique et le comportement de stabilité thermique sont tous différents, donc changer de grade signifie refaire la qualification selon son propre système d’acceptation. Ce n’est pas une formalité.

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Alliage de titane TC25 — données du produit

Que demander un devis :

• Grade et état
• Dimensions et tolérance, ou un dessin
• Quantité et destination de livraison
• État de surface requise
• Documentation nécessaire (MTC, rapport C-scan, inspection tierce)
• Utilisation finale, utilisateur final et destination

Le dernier élément ne coche pas des cases. TC25 est intégré à des pièces rotatives à section chaude, donc avant de pouvoir élaborer une proposition d’approvisionnement précise, il faut confirmer l’utilisation finale et la destination.

Envoyer tout cela d’un coup évite généralement deux ou trois tours d’échanges.

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Formes, tailles et forges sur mesure

Tailles standard

• Barres : Ø16–500 mm (0,63–19,7 in)
• Forges de matrices isothermes : surface projetée jusqu’à 2 m² (21,5 ft²)

Autres formes citées selon le cahier des charges

disques, anneaux, billettes, forges à matrices fermées, forges presque en forme nette, formes extrudées, plaques.

Ces coffrages sont couverts au niveau de l’équipement — nos lignes de forge rapide, de forge radiale, d’extrusion à chaud et de pilger à froid utilisent toutes des alliages de titane et de titane. Mais pour le TC25 en particulier, les tailles disponibles doivent être confirmées selon vos besoins avant de faire un devis.

Disques en titane TC25

Anneaux en titane TC25

Billette de titane TC25

Forges en titane TC25

Formes extrudées en titane TC25

Plaque de titane TC25

Forgé selon ton dessin

Falsifié selon ton dessin.

Envoyez-nous l’impression de la pièce. Nous examinerons l’enveloppe de forge, le flux de grain réaliste, ainsi que la marge d’usinage à laisser, puis nous devisons.

Si la géométrie ne convient pas à la forge isothermique de matrices, nous le dirons et proposerons une meilleure voie de formage — plutôt que de prendre l’ordre d’abord et de le travailler ensuite.

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Composition chimique et propriétés physiques

Composition nominale, en % de poids

Les limites de composition sont convenues par ordre, et les valeurs mesurées sont indiquées sur le certificat d’essai de l’usine.

Si votre dessin exige une bande plus serrée sur Sn, Si ou des éléments interstitiels tels que O, N et H que la plage standard, informez-nous lors de la phase d’enquête et nous confirmerons la faisabilité avant de faire le devis.

Propriétés physiques

• Densité : ≈ 4,5 g/cm³ (typique)
• β-transus : environ 1000–1020 °C (1832–1868 °F), variant selon la chaleur et la forme du produit

Sur β-transus, nous avons mesuré environ 1020 °C sur une barre forgée de 250 mm par méthode métallographique, avec des valeurs de l’étape de lingot situées dans la fourchette de 1000 à 10¹¹ °C. Cette température constitue le point de référence pour chaque programme de travail à chaud et de traitement thermique, et la production fonctionne selon la valeur mesurée pour chaque chaleur.

Deux éléments du tableau de composition valent une phrase à part entière, car ils décident ce que cet alliage peut ou ne peut pas faire : W et Si.

W est l’origine de la résistance à la chaleur. Ajouter environ 1 % de ce stabilisateur β-eutectoïde améliore notablement la résistance à la chaleur et la stabilité thermique dans la bande 500–550 °C, et c’est la différence de composition la plus visible entre TC25 et les alliages proches de α qui partagent la même plage de température.

Le Si est dans les deux sens. Les précipitations de silicide offrent un renforcement thermique supplémentaire à haute température, mais c’est aussi l’une des raisons pour lesquelles la ductilité diminue après une longue exposition à haute température.

Propriétés mécaniques par forme de produit

Les propriétés TC25 sont fortement liées à la forme du produit.

L’emplacement de l’échantillonnage, l’historique de déformation et le chemin de traitement thermique ne sont pas les mêmes pour une pièce d’essai en barre et un forgé fini, donc les chiffres obtenus ne sont pas les mêmes ensembles.

Barre, Ø250 mm

Limites d’acceptation typiques : température ambiante Rm ≥ 980 MPa, A ≥ 10 %, Z ≥ 20 % ; 500 °C Rm ≥ 735 MPa ; 550 °C Rm ≥ 686 MPa ; rupture de contrainte à 441 MPa ≥ 50 h à ces deux températures ; Rm ≥ 980 MPa après une exposition à la stabilité thermique de 550 °C ; impact ≥ 23,5 J.

Forges

Placez les deux tables côte à côte et une chose ressort : à 441 MPa, la durée de vie en cas de rupture par contrainte est d’environ 51 h sur les pièces d’essai de la barre et au-dessus de 101 h sur les pièces forgées à disque et à anneaux de joint. Même qualité, deux fois plus de durée de vie.

Ce n’est pas une erreur de données, et aucun des deux jeux n’est meilleur matériau. La pièce d’essai en barres provient du matériel roulé, la pièce d’essai de forge provient d’un emplacement spécifié sur la pièce finie, et les deux ont subi des quantités de déformation, des modes de déformation et des histoires thermiques complètement différentes.

Beaucoup de clients ont comparé un MTC de matière première au rapport d’essai sur une pièce finie, ont constaté que les chiffres ne correspondaient pas et ont commencé à remettre en question le lot. Dans la plupart des cas, ces deux ensembles n’étaient jamais censés correspondre. Les faire correspondre nécessite le même emplacement d’échantillonnage et la même condition — ce qui mérite d’être inscrit dans le protocole technique plutôt que de discuter lors de l’inspection.

Température de service — et combien de temps vous obtenez réellement

La bande de service à long terme pour le TC25 est de 450–550 °C (842–1022 °F).

Plus utiles sont ces deux chiffres :

• 500 °C (932 °F) : jusqu’à 6 000 heures de service continu
• 550 °C (1022 °F) : jusqu’à 3 000 heures de service continu

Une limite de température sans temps fixé n’est pas une entrée de conception.

La plupart des autres pages sur les alliages de titane à haute température omettent un seul chiffre de température et s’arrêtent là — « température maximale de service 550 °C ».

Rien qu’avec cela, un client ne peut ni définir une durée de vie ni choisir entre deux qualités, car il est impossible de savoir si ces 550 °C signifient 100 heures ou 3 000.

Ce qui détermine réellement le choix du matériau, c’est la combinaison de la température et du temps.

Remettez TC25 dans tout le spectre de température :

• Ti-6Al-4V : plafond de service à long terme autour de 350–400 °C. À 500 °C, le fluage est déjà hors de contrôle.
• TC25 : 450–550 °C, avec les heures ci-dessus
• Alliages proche de α (Ti-6242, IMI 834, Ti-1100 et similaires) : jusqu’à environ 540–600 °C, résistance au fluage en premier
• Superalliages à base de nickel : température plus élevée, mais densité d’environ 8,2 g/cm³ — proche du double de celle du titane

Cette dernière ligne mérite une attention particulière sur la quincaillerie rotative. La charge principale sur une pièce rotative provient de sa propre masse — disque plus lourd, charge centrifuge plus élevée, et la marge de conception sur le disque, le système d’arbre et les paliers se serrent tous ensemble.

Ainsi, dans la bande 450–550 °C, la différence entre « titane fera l’affaire » et « il faut que ce soit à base nickel » ne réside souvent pas dans le prix du matériau. Il s’agit de redessiner tout le rotor.

La température et le temps ne résolvent que la moitié du problème. L’autre moitié est ce qu’il reste au matériau après plusieurs milliers d’heures à 550 °C. Nous abordons cela séparément ci-dessous.

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Comment le matériau est fondu, forgé et inspecté

Avec le titane pour les pièces rotatives des moteurs d’avion, la première question que se posent les clients est rarement la résistance à la traction. Il s’agit de la propreté et de la qualité interne.

Voici le chemin que prend ce matériau, de la fonte à l’expédition.

Route de fusion

Fusion par induction sous vide, VIM / AIM → arc plasma, fusion du foyer froid, PAM et faisceau d’électrons, fusion froide du foyer, EB, →fusion à l’arc à vide multiple, VAR → réfusion à l’électroslag pressurisé PESR.

L’étape du foyer froid est la plus critique. Les inclusions alpha dure et haute densité (IDH) sont celles où la chaîne de défaillance commence sur les pièces rotatives en titane aérospatial, et une fois atteinte dans une région à forte contrainte d’un disque, les conséquences sont inacceptables.

La fusion par arc plasma et la fusion froide par faisceau d’électrons existent précisément pour distinguer cette classe de défaut lors de la fusion, et combinée à la fusion multiple par arc sous vide, elles améliorent ensemble l’uniformité de composition et la propreté interne. La plupart des fournisseurs ne mentionnent jamais cette étape, mais ce qu’elle décide compte plus que n’importe quel chiffre unique dans un tableau.

Travail à chaud

Presses à forge rapide, 20 / 40 / 60 MN

Machine de forge radiale, 13 MN

Presse de forge à matrices isothermique, 3 000 t

Presse à extrusion horizontale, 60 MN

Le forage isothermique de la matrice est important pour les disques TC25. Le formage avec la matrice et la billette à la même température et à un faible taux de déformation permet une forme quasi nette, offre une microstructure plus uniforme et permet en même temps de lever l’utilisation des matériaux.

La marge d’usinage supprimée des forges en alliage de titane est souvent surprenante. Ce que la forme quasi nette permet, c’est à la fois de l’argent et du délai de livraison.

Inspection

Notre capacité d’inspection couvre toute la chaîne, de la matière première au produit fini :

• Analyse chimique : ICP-MS, ICP-AES, GFAAS, XRF, analyseurs de carbone et de soufre, déterminateurs d’hydrogène, analyseurs d’oxygène et d’azote
• Propriétés mécaniques : machines à fluage et rupture sous contrainte, machines d’essai de fatigue, traction, impact, dureté, ténacité à la rupture, fatigue à bas cycle et haute fréquence
• Métallographie et microanalyse : métallographie optique, microscopie électronique à balayage, microanalyse par sonde électronique, simulation thermomécanique, analyse thermique simultanée
• Essais non destructifs : inspection par immersion par ultrasons, systèmes de balayage ultrasonique multi-zones pour barres de grand diamètre, balayage ultrasonique automatisé pour disques et anneaux, mesure tridimensionnelle des forges et matrices

Le contrôle de O, N et H détermine directement la ductilité et la stabilité thermique du titane. Quelques centièmes de pourcentage de plus de ces éléments interstitiels et la ductilité restante après une longue exposition à haute température est dans un ordre de grandeur différent. L’analyse des éléments gazeux n’est pas un test à cocher ici — c’est la condition préalable pour utiliser cette note à 550 °C.

Le scan C multi-zones détermine la sensibilité à la détection des défauts dans les forgés à grande section. Pour faire simple, il détermine ce que vous pouvez voir lors de l’inspection. L’intérieur d’une barre de grand diamètre ainsi que des disques et anneaux ne peut pas être résolu aussi finement par des méthodes d’inspection conventionnelles, c’est pourquoi nous listons cet équipement séparément. Un cours d’acceptation ultrasonique peut être convenu selon votre spécification.

Analyse des éléments de gaz

C-scan multi-zones

Traitement thermique et contrôle de la microstructure

Pour la plage générale de température de travail à chaud du TC25 et les programmes standards solution plus vieillissement pour les barres et forges, nous respectons la pratique établie pour la qualité, et nous pouvons également travailler selon un calendrier que vous spécifiez.

Ce qui mérite d’être noté, c’est à quel point le calendrier de traitement thermique gouverne de manière décisive le type de microstructure. Nos registres de production montrent un schéma cohérent : la température de recuit décide si TC25 en sort avec une microstructure équiaxiale ou duplex. À mesure que la température de recuit approche du transus, la α primaire se dissout partiellement et une α secondaire claire apparaît dans la matrice de β transformée, déplaçant la structure de l’équiaxée à la structure duplex — et la structure duplex offre de meilleures propriétés de traction à température ambiante et à température élevée.

Pour l’achat et l’ingénierie des procédés, cela signifie quelque chose de très pratique : le calendrier de traitement thermique n’est pas un détail de livraison, il appartient au protocole technique. Sur le même matériau, un calendrier différent fait une différence considérable pour la résistance à la chaleur. Plutôt que de débattre sur des données incohérentes lors de l’inspection, il vaut mieux corriger l’état et le chemin de traitement thermique au moment où vous passez la commande.

Où TC25 n’est pas le bon choix

Chaque niveau comporte des endroits où il ne devrait pas être utilisé. En voici quatre, indiqué dès le départ.

La ductilité diminue après une longue exposition à haute température

Ce n’est pas une spéculation, ce sont nos propres données de test. L’élongation sur une barre de Ø250 mm est d’environ 13,5 à 14,5 % à température ambiante ; après le test de stabilité thermique à 550 °C, la résistance à la traction passe de 1 069 MPa à 1 076 MPa tandis que l’allongement tombe à environ 7,5 à 8,5 %. Résistance augmentée, ductilité réduite d’environ moitié.

Des recherches publiées proposent le mécanisme : après une longue exposition à 550 °C, TC25 développe une couche d’oxyde de surface, une précipitation de phase α2 et des silicides de bordure de grains agissant ensemble. Le mouvement des dislocations est entravé, ce qui augmente la résistance, tandis que la localisation de la déformation entraîne une perte nette de ductilité.

La différence entre les formes de produit est intéressante. Dans les mêmes conditions d’essai, l’allongement sur les forges à disque et à anneaux d’étanchéité est essentiellement plate de la température ambiante à l’état exposé (disque 12,0–15,0 % → 12,5–15,0 %), une chute bien plus faible que sur les pièces de test en barres. Cela dépend de l’état microstructural et de l’emplacement de l’échantillonnage, et cela rappelle un autre rappel que les données d’une forme de produit ne peuvent pas être utilisées pour en prédire une autre.

Pour le client, tout se résume à une phrase : fixez votre marge de vie sur la ductilité exposée, et non sur les données fournies.

Ce n’est pas un remplacement direct pour le Ti-6242

Dit plus tôt, ça vaut la peine de le répéter. Des bandes de température qui se chevauchent ne signifient pas un remplacement direct. Changer le grade nécessite une requalification selon votre propre système. Tout fournisseur qui vous dit qu’il s’agit d’un « remplacement direct » assume un risque de votre part qu’il ne peut pas réellement porter.

Service continu au-dessus de 550 °C — regardez autre chose

Si la résistance dépasse 550 °C pendant de longues périodes, un alliage quasi-α (IMI 834, Ti-1100 et similaire) ou un superalliage à base de nickel est le meilleur choix. Le TC25 n’est pas optimal dans cette bande et nous ne le pousserions pas là-bas.

En dessous de 400 °C, c’est de l’argent gaspillé

Pour les pièces structurelles et rotatives en dessous de 400 °C, le titane de grade 5 (Ti-6Al-4V) est moins cher, plus facile à se procurer et plus facile à usiner, avec un cadre de normes bien plus complet derrière lui.

Ce que la prime du TC25 achète, c’est la capacité dans la bande de 450–550 °C. Si vous ne l’utilisez pas, il n’y a aucune raison de payer.

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Options d’approvisionnement, documents d’inspection

Base d’offre

Les forges de la barre Ø16–500 mm et les matrices isothermes d’une surface projetée allant jusqu’à 2 m² constituent la plage d’alimentation standard ; d’autres formes sont citées selon les spécifications. La condition de livraison peut être forgée, laminée à chaud, traitée en solution et vieillie, ou recuite selon un calendrier convenu.

Surface et rebouchage

L’état de la surface peut être tel que forgé, tourné / décollé, meulé ou usiné. L’emballage et la protection de l’exportation sont définis selon la destination et le mode de transport.

Documents d’inspection

Les commandes peuvent être citées avec un certificat d’essai de moulin, des rapports d’essais chimiques et mécaniques, un rapport ultrasonique C-scan, un rapport sur la taille des grains et la microstructure, ainsi qu’un rapport dimensionnel. Une inspection par un tiers peut être organisée.

Certification et conformité

Le matériau est produit selon un système de qualité certifié AS9100, dans une usine accréditée Nadcap pour les essais non destructifs, les essais de matériaux et le traitement thermique, ainsi que l’accréditation en laboratoire CNAS. Le centre d’essai de l’usine de production détient également des approbations de grands OEM civils spécialisés dans les moteurs aéronautiques. Les certificats sont fournis avec la commande.

TC25 est fourni pour l’aérospatiale civile, les turbines à gaz industrielles et les applications d’ingénierie haute performance. Veuillez indiquer l’utilisation finale, l’utilisateur final et la destination dans votre demande afin que nous puissions confirmer la fourniture avant de fournir un devis.

Alliages de titane apparentés

Alliage de titane TC11

Alliage de titane TA15

Alliage de titane TC18

Alliage de titane Ti55531

Barre en titane

Forges en titane

Ces grades proviennent de la même chaîne d’approvisionnement et du même ensemble de documents d’inspection — une enquête, un contact, un seul envoi.

Questions fréquemment posées

Qu’est-ce que l’alliage de titane TC25 ?

Le TC25 est un alliage de titane haute température α+β, nominalement Ti-6.5Al-2Sn-2Zr-2Mo-1W-0.2Si. Il est utilisé pour les pièces rotatives du moteur fonctionnant entre 450 et 550 °C, principalement les disques compresseurs, les pales et les bagues d’étanchéité.

TC25 est-il équivalent à Ti-6242 ?

Non — les fenêtres de service se chevauchent, mais elles ne sont pas interchangeables. Le TC25 repose sur le tungstène pour la résistance à la chaleur et se situe du côté α+β ; le Ti-6242 est un alliage proche de α. La substitution nécessite une requalification.

Le TC25 et le BT25 sont-ils le même alliage ?

Oui. TC25 est la désignation chinoise GB et BT25 (translittéré VT25) est la désignation russe pour la même famille d’alliages. La composition et la fenêtre de service sont équivalentes ; les limites d’acceptation suivent la spécification que vous commandez.

Quelle est la température maximale de service du TC25 ?

450–550 °C pour un service de longue durée. Les chiffres typiques sont de 6 000 heures à 500 °C et 3 000 heures à 550 °C. La qualification pour votre cycle de service spécifique doit être confirmée.

Le TC25 est-il disponible en poudre pour l’impression 3D ?

Cette page couvre les barres TC25 forgées et laminées à chaud ainsi que les forgiés. Si vous avez besoin de poudre pour la fabrication additive, dites-le-nous lors de la demande — il s’agit d’une voie de produit différente avec des critères d’acceptation différents.

À quelle norme TC25 est-elle fournie ?

TC25 est fourni à la désignation de grade GB et au protocole technique convenu avec vous. Les limites de composition et les valeurs mesurées sont indiquées sur le certificat d’essai de l’usine.

Le TC25 perd-il sa ductilité après une longue exposition à 550 °C ?

Oui. Dans nos tests de stabilité thermique, l’allongement de Ø250 mm en barres est passé d’environ 13,5–14,5 % à environ 7,5–8,5 %, tandis que la résistance à la traction a légèrement augmenté. Concevez votre marge de vie en fonction de l’état exposé.

Parlez-nous de votre candidature

Si vous avez déjà un cycle de travail ou un dessin en main, la première étape est simple : envoyez-nous la température de service, le chargement, le temps attendu à la température, ainsi que l’impression de la pièce ou la spécification du matériau. Nous effectuerons d’abord une revue technique — pour confirmer si TC25 correspond à la qualité appropriée pour ce poste, et quelle forme de produit est la plus pertinente à fournir.

Ce dont nous avons besoin de vous : la pente et l’état de livraison, les dimensions et tolérances d’un dessin, la quantité et le port de destination, l’état de la surface requis, les documents d’inspection requis, ainsi que l’utilisation finale, l’utilisateur final et la destination.

Une fois la revue technique terminée, nous revenons avec une proposition d’approvisionnement spécifique et un devis.

L’ensemble du processus est géré par un représentant client fixe et un ingénieur produit — les conseils sur la sélection des matériaux, la coordination des commandes, la documentation qualité et les questions techniques passent toutes par les mêmes personnes. Vous n’êtes pas transféré entre les départements.

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