Titane contre. L'aluminium dans la fabrication de pièces d'avion

May 04, 2023

La variété des matériaux utilisés pour fabriquer des pièces d'avion est en pleine expansion. Les composites d'avion comme la fibre de verre, la fibre de carbone et le thermoplastique sont de plus en plus utilisés pour construire davantage de composants d'avion.

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La polyvalence, le faible poids et la durabilité ne sont que quelques-uns des attributs clés qui rendent les composites favorables pour diverses parties d'un avion, d'un avion à réaction ou d'un autre engin.

Mais les matériaux aéronautiques conventionnels comme l'aluminium et le titane restent des standards dans cette industrie et il y a de nombreuses raisons à cela. L'aluminium et le titane des avions offrent des avantages qui ne peuvent pas toujours être reproduits, ce qui rend ces métaux particulièrement pertinents pour obtenir et maintenir les avions en vol, et avec une efficacité et une sécurité maximales.

En examinant les propriétés et la prévalence de ces deux matériaux dans l'aérospatiale, il convient également de comparer l'aluminium au titane pour mieux comprendre pourquoi ils sont utilisés et où, et quel est le meilleur choix pour obtenir des performances optimales des composants d'avion.

L'aluminium de qualité aéronautique se distingue par son excellent rapport résistance/poids, idéal pour garder les composants d'avion minces, légers et aérodynamiques sans perte de résistance. L'aluminium est également un conducteur électrique fiable et un excellent conducteur thermique. Des facteurs tels que la résistance au fluage et la résistance à la traction varient en fonction de l'alliage d'aluminium spécifique.

Le titane de qualité aéronautique est plus dense que l'aluminium, mais il est toujours considéré comme une option légère parmi les métaux aéronautiques. Il n'offre pas le même niveau de conductivité thermique et électrique. Cependant, sa résistance à la corrosion, sa compatibilité avec d'autres matériaux et sa résistance le rendent meilleur pour une utilisation sur certaines pièces d'avion qui nécessitent une résistance rigide sans excès de poids ni vulnérabilité à la corrosion.

Quelles pièces d'avion sont fabriquées à partir de nuances de titane et d'aluminium ?

Bien que les composites aérospatiaux constituent désormais l'essentiel de la structure des avions commerciaux, l'aluminium est le deuxième matériau le plus répandu, suivi immédiatement du titane. L'acier est également utilisé, ainsi que d'autres matériaux, mais pas en évidence.

L'aluminium de qualité aérospatiale est principalement utilisé dans le fuselage, les revêtements d'ailes et les capots de l'avion, ainsi que des parties de sa structure. La légèreté, la flexibilité et la résistance à la corrosion de l'aluminium en font un matériau approprié pour ces éléments. Mais en dehors de ces avantages, l'aluminium est accessible, étant l'un des métaux les plus abondants et le troisième élément le plus abondant de la croûte terrestre, et donc relativement peu coûteux par rapport aux autres alliages aérospatiaux.

Diverses qualités de titane sont utilisées dans le châssis de l'avion, les pièces du moteur, le train d'atterrissage et les systèmes et composants de l'avion. Le grade Ti-10V-2Fe-3A1, par exemple, est utilisé dans les trains d'atterrissage en raison de son excellente trempabilité, de sa haute résistance et de sa résistance à la fatigue et à la corrosion. En revanche, la résistance à la chaleur du grade Ti-8A1-1Mo-1V le rend utile pour les aubes de compresseur d'avion et les disques de compresseur.

Nouveaux procédés de fabrication pour l'aluminium et le titane aéronautiques

L'usinage conventionnel et le travail des métaux ont été les principales méthodes de fabrication pour produire des pièces d'avion en aluminium, en titane et en d'autres matériaux de qualité aérospatiale comme l'inconel. Alors que ces processus sont encore utilisés pour produire des composants, de nouvelles méthodes telles que l'impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, sont utilisées pour produire des composants d'avion.

À ses débuts, l'impression 3D n'était utile que pour créer des pièces à partir de polymères, qui peuvent convenir aux matériaux aéronautiques composites, mais ce n'est pas le cas pour les métaux comme le titane et l'aluminium. Cela a changé avec le développement de poudres métalliques imprimables et des méthodes d'impression améliorées telles que la fusion laser sur lit de poudre.

Les pièces en titane et en aluminium peuvent être imprimées en 3D en utilisant des versions en poudre des métaux. Cependant, les processus réduisent une grande partie de l'intégrité des matériaux, et des problèmes tels que la porosité et la fissuration peuvent compromettre leur résistance. Mais, ces problèmes sont résolus avec des méthodes de fabrication améliorées et l'introduction d'éléments de renforcement comme les nanofils de céramique, qui sont ajoutés directement à la puissance métallique.

Ces nouvelles méthodes de fabrication pourraient faire des composants en aluminium et en titane imprimés en 3D des pièces standard d'un avion, d'un hélicoptère ou d'un vaisseau spatial, plutôt que les composants expérimentaux et remarquables qu'ils sont aujourd'hui.