L’alliage de titane Grade 5 (Ti-6Al-4V) est l’un des premiers alliages de titane développés et le plus largement utilisé dans le monde. Sa production représente plus de 50% de la production totale de produits semi-finis en titane dans le monde, et il est utilisé à plus de 80% dans l’industrie aérospatiale.
Cet alliage est principalement composé de 6% d’aluminium (Al) et 4% de vanadium (V), ce qui lui confère un équilibre optimal entre la résistance mécanique, la résistance à la corrosion, l’aptitude au soudage, la résistance aux hautes températures et la légèreté.
• L’aluminium (Al) renforce la phase α par durcissement en solution solide, améliorant ainsi la résistance mécanique à température ambiante et la résistance thermique.
• Le vanadium (V) augmente la résistance et améliore la ductilité.
• De plus, le vanadium supprime la formation de la phase superstructurale α2, évitant ainsi la fragilisation de l’alliage lors d’une utilisation prolongée.
Principales caractéristiques du Grade 5
• Excellentes propriétés mécaniques et bonnes caractéristiques de mise en œuvre.
• Haute superplasticité, adaptée au formage sous pression et aux divers procédés de soudage.
• Formes de produits disponibles : barres, pièces forgées, tôles minces et épaisses, profilés et fils.
• Utilisé principalement à l’état recuit, mais peut aussi être renforcé par traitement thermique (trempe + vieillissement).
• Profondeur de trempabilité limitée à 25–30 mm, ce qui rend le traitement de vieillissement inadapté aux pièces de grande taille.
Applications principales
Industrie aérospatiale
• Éléments structurels des avions (poutres, cloisons, rails, poutres du train d’atterrissage).
• Composants de moteurs aéronautiques (disques de ventilateur et de compresseur, pales).
• Structures spatiales (corps de fusées, réservoirs sous pression, éléments de fixation).
�� L’utilisation de l’alliage Grade 5 à la place de l’acier structurel 30CrMnSiA permet de réduire le poids des pièces d’environ 30%.
Industrie civile
• Production d’énergie : pales de turbines à gaz.
• Construction navale : hélices de navires.
• Ingénierie océanique : plateformes de forage pétrolier en mer.
• Industrie chimique : pompes résistantes à la corrosion.
• Médecine : implants, prothèses articulaires.
• Équipements sportifs.
Industrie automobile
• Châssis de véhicules.
• Vilebrequins.
• Bielles.
• Boulons.
• Soupapes d’admission.
• Ressorts de suspension.
Équivalents et normes internationales
Aux États-Unis, cet alliage est connu sous le nom de Ti-6Al-4V, Ti-6Al-4V ELI, Ti-6Al-4V SP et Ti-6Al-4V ELI SP.
En Russie, il existe des variantes telles que BT-6, BT-6C, BT-6Ч, BT-6T, BT-6K et BT-6KT.
Au Royaume-Uni, il est désigné sous IMI-318 et IMI-318 ELI.
En Allemagne, il est appelé TiAl6V4.
En France, il est connu sous T-A6V.
Au Japon, il est commercialisé sous le nom SAT-64.
Composition chimique (en pourcentage massique, wt%)
L’alliage est principalement composé de titane (Ti), avec 5.5–6.75% d’aluminium (Al) et 3.4–4.5% de vanadium (V).
La teneur en fer (Fe) ne doit pas dépasser 0.40%, tandis que celle en oxygène (O) doit rester inférieure à 0.2%.
La teneur en carbone (C) est limitée à 0.08%, en azote (N) à 0.05%, et en hydrogène (H) à 0.015%.
Propriétés physiques
La densité de cet alliage est de 4.44 g/cm³, et son point de fusion varie entre 1604 et 1660°C.
Le coefficient de dilatation thermique est de 8.6×10⁻⁶/°C, avec une conductivité thermique de 6.7 W/m·K.
La résistivité électrique est de 1.7×10⁻⁶ Ω·m, et le module d’élasticité est de 110 GPa à température ambiante.
Le coefficient de Poisson est de 0.34, et la température de transition de phase est d’environ 995–997°C ±5°C.
• Trempe : réalisée à 900–950°C, maintien pendant 1 heure, suivi d’un refroidissement à l’eau ou à l’air.
• Vieillissement : effectué à 500–600°C, maintien pendant 4–8 heures, suivi d’un refroidissement à l’air.
• Ce traitement améliore la résistance et la tenue en fatigue.
Usinabilité
En raison de sa haute résistance, de sa faible conductivité thermique et de son faible module d’élasticité, le Ti-6Al-4V est difficile à usiner, entraînant une usure rapide des outils.
Pour un usinage optimal :
✔ Utiliser des outils en carbure tranchants, à basse vitesse et avec une avance élevée.
✔ Employer un fluide de coupe (émulsion ou huile de coupe) pour réduire la chaleur.
✔ Maintenir une avance élevée pour éviter l’écrouissage du matériau.
Soudabilité
Cet alliage possède une bonne soudabilité et peut être assemblé par soudage TIG (Tungsten Inert Gas), soudage par faisceau d’électrons (EBW) et soudage laser (LBW).
Cependant, comme le titane réagit facilement avec l’oxygène, l’azote et l’hydrogène, il est indispensable d’utiliser un gaz argon de haute pureté pour éviter la fragilisation de la soudure.
Prix et normes de fabrication
Le prix de cet alliage varie en fonction de la spécification du matériau, de la quantité et du délai de livraison.
La fabrication peut être réalisée selon les normes ASTM B381 (États-Unis) ou GB/T3620.1 (Chine), avec la possibilité d’adapter à d’autres normes sur demande.
