Le titane et l'aluminium sont tous deux des métaux légers spécifiés pour réduire le poids, et se retrouvent donc en concurrence pour les mêmes applications aérospatiales, marines et à hautes performances. Le compromis est clair lorsqu'ils sont comparés : l'aluminium est plus léger et bien moins coûteux, le titane est beaucoup plus résistant, supporte la chaleur, résiste à la corrosion et à la fatigue. Cette page compare les deux en termes de poids, résistance, température, corrosion, fatigue, coût et fabrication, et indique quand chacun est le bon choix.
Poids et densité
L'aluminium l'emporte en poids brut. Sa densité est d'environ 2,7 g/cm3 contre environ 4,5 g/cm3 pour le titane, de sorte qu'une pièce en aluminium est environ 40 pour cent plus légère que la même pièce en titane. Si le seul objectif est la pièce la plus légère possible à faible charge et basse température, l'aluminium est difficile à surpasser. La raison pour laquelle le titane est toujours choisi plutôt que l'aluminium est que la densité brute ne représente que la moitié de l'équation ; la résistance et les conditions auxquelles la pièce doit résister déterminent le reste.
| Propriété | Titane | Aluminium |
|---|---|---|
| Densité | Environ 4,5 g/cm3 | Environ 2,7 g/cm3, de sorte qu'une pièce en aluminium est environ 40 pour cent plus légère |
| Résistance à la traction | Grade 5 (Ti-6Al-4V) atteint environ 895 MPa | Environ 310 MPa pour 6061-T6, et environ 572 MPa pour 7075-T6 |
| Température | Grade 5 reste adapté à un usage structurel bien au-delà de la plage de l'aluminium | Perd rapidement sa résistance au-dessus d'environ 150 degrees C et n'est guère utilisé comme métal structurel au-delà |
| Corrosion | Le matériau le plus performant de loin ; son film d'oxyde résiste à l'eau de mer, aux chlorures et à la plupart des produits chimiques sans revêtement | Couramment protégé par revêtement ou anodisation dans ces services |
Résistance et rapport résistance/poids
Le titane est bien plus résistant. Le titane Grade 5 (Ti-6Al-4V) atteint environ 895 MPa de résistance à la traction, contre environ 310 MPa pour l'aluminium 6061-T6 et environ 572 MPa pour le 7075-T6 à haute résistance. En termes de rapport résistance/poids, l'aluminium 7075 et le titane Grade 5 sont proches, mais le titane supporte une charge absolue bien plus élevée pour une section donnée, ce qui permet d'obtenir une pièce plus mince supportant davantage d'effort. Lorsque la charge est élevée ou que la section doit rester réduite, le titane fait ce que l'aluminium ne peut pas faire.
Température
La température les différencie. L'aluminium perd rapidement sa résistance au-dessus d'environ 150 degrés C et n'est guère utilisé comme métal de structure au-delà. Le titane Grade 5 conserve une résistance utile jusqu'à environ 400 degrés C et au-delà, ce qui explique la présence du titane dans les zones de moteur et de structure aéronautique soumises à des températures élevées, tandis que l'aluminium reste dans les structures plus froides. Pour toute pièce soumise à une chaleur continue, le titane est le métal qui tient.
Résistance à la corrosion
Le titane présente une résistance à la corrosion nettement supérieure. Son film d'oxyde résiste à l'eau de mer, aux chlorures et à la plupart des produits chimiques sans revêtement. L'aluminium forme son propre oxyde et se comporte bien dans des conditions modérées, mais il subit une corrosion par piqûres dans l'eau de mer, se corrode dans les environnements alcalins et salins, et nécessite généralement une anodisation ou une peinture pour les applications extérieures et marines. Dans un environnement corrosif ou marin, le titane dure là où l'aluminium nu ne dure pas. Le même cas de corrosion s'applique à l'acier inoxydable, abordé dans la comparaison titane vs acier inoxydable .
Fatigue et rigidité
Le titane supporte mieux les charges cycliques. Il possède une limite d'endurance en fatigue, soit une contrainte sous laquelle il peut fonctionner presque indéfiniment, tandis que l'aluminium n'a pas de véritable limite de fatigue et continue d'accumuler des dommages sous des chargements répétés jusqu'à ce qu'il se fissure. Le titane est également plus rigide, avec un module proche de 105 GPa contre environ 69 GPa pour l'aluminium, et se déforme donc moins sous charge. Pour les ressorts, les pièces tournantes, les éléments de fixation et tout élément qui fléchit des millions de fois, le titane est le choix le plus sûr en fatigue.
| Point | Ce que le guide indique |
|---|---|
| Fatigue et rigidité | Le titane supporte mieux les charges cycliques. Il présente une limite d'endurance en fatigue, une contrainte en dessous de laquelle il peut fonctionner presque indéfiniment, tandis que l'aluminium n'a pas de véritable limite d'endurance |
| Usinage, formage et coût | L'aluminium est moins cher à l'achat et beaucoup moins cher à usiner, extruder et former ; il se coupe rapidement et se façonne facilement, ce qui constitue une part réelle de son avantage en matière de coût |
| Couplage galvanique | Lorsque le titane et l'aluminium sont assemblés dans un environnement humide et conducteur, le titane est le métal le plus noble et l'aluminium devient la pièce qui se corrode |
Usinage, formage et coût
L'aluminium est moins cher à l'achat et bien moins coûteux à usiner, extruder et former ; il se coupe rapidement et se façonne facilement, ce qui constitue une part réelle de son avantage en matière de coût. Le titane coûte plus cher par kilogramme, s'usine plus lentement, nécessite des outils affûtés et un bon liquide de refroidissement, et exige une protection au gaz inerte lors du soudage. Pour une pièce guidée par le coût dans des conditions modérées, l'aluminium est la solution économique. Le surcoût du titane n'est justifié que lorsque la résistance, la chaleur ou la corrosion rendraient l'aluminium inadapté.
| Point | Ce que le guide indique |
|---|---|
| Facteur de coût | Le titane coûte plus cher par kilogramme, s'usine plus lentement, nécessite des outils affûtés et un bon liquide de refroidissement, et exige une protection par gaz inerte lors du soudage |
| Lorsque le surcoût est rentabilisé | Uniquement lorsque la résistance, la chaleur ou la corrosion rendraient l'aluminium inadapté |
Association du titane et de l'aluminium : considérations galvaniques
Lorsque le titane et l'aluminium sont assemblés dans un environnement humide et conducteur, le titane est le métal le plus noble et l'aluminium devient la pièce qui se corrode plus rapidement. Le titane lui-même n'est pas affecté. Les assemblages aéronautiques qui boulonnent du titane à l'aluminium gèrent cela avec des mastics, des revêtements et une isolation afin que l'aluminium ne se sacrifie pas au couple galvanique. C'est un détail qu'il convient de prendre en compte chaque fois que les deux sont conçus dans le même joint humide.
Lequel choisir
Choisissez l'aluminium lorsque la pièce est sensible au coût, fonctionne à basse température, est soumise à des conditions modérées et que le poids le plus faible possible sous faible charge est l'objectif. Choisissez le titane lorsque la charge est élevée, que le service est chaud, que l'environnement est corrosif ou marin, ou que la pièce est critique en fatigue ; dans ces cas, le titane justifie son prix plus élevé par sa durabilité et sa capacité à supporter davantage de charge pour son poids. De nombreuses conceptions utilisent les deux, en plaçant l'aluminium dans les structures froides à faible charge et le titane là où la chaleur, la charge, la corrosion ou la fatigue le rendraient inadapté.
| Choisir | Ce que le guide indique |
|---|---|
| Aluminium | Lorsque la pièce est sensible au coût, fonctionne à basse température, est exposée à des conditions modérées et que le poids le plus faible possible sous faible charge est l'objectif |
Nuances côte à côte
| Propriété | Ti Grade 2 (R50400) | Ti Grade 5 (R56400) | aluminium 6061-T6 | aluminium 7075-T6 |
|---|---|---|---|---|
| Résistance à la traction (min/typ) | 345 MPa | 895 MPa | ~310 MPa | ~572 MPa |
| Densité | 4,51 g/cm3 | 4,43 g/cm3 | 2,70 g/cm3 | 2,81 g/cm3 |
| Température utile | jusqu'à ~400 C | jusqu'à ~400 C+ | perd ses propriétés au-dessus de ~150 C | perd ses propriétés au-dessus de ~150 C |
| Corrosion dans l'eau de mer | résiste | résiste | corrosion par piqûres, nécessite un revêtement | corrosion par piqûres, nécessite un revêtement |
| Coût relatif par kg | plus élevé | le plus élevé | le plus faible | faible |
Questions courantes
Le titane est-il plus résistant que l'aluminium ? Oui, de loin. Le titane Grade 5 présente une résistance à la traction environ trois fois supérieure à celle de l'aluminium 6061-T6 et bien supérieure à celle du 7075-T6, bien que l'aluminium soit plus léger par pièce.
Le titane est-il plus léger que l'aluminium ? Non. L'aluminium est environ 40 pour cent plus léger en densité. Le titane l'emporte en rapport résistance/poids à des charges plus élevées, mais pas en poids brut.
Lequel est préférable à haute température ? Le titane. L'aluminium perd sa résistance au-dessus d'environ 150 degrés C, tandis que le titane Grade 5 reste utile jusqu'à environ 400 degrés C et au-delà.
Lequel résiste mieux à la corrosion ? Le titane, clairement. Il résiste à l'eau de mer et aux chlorures sans revêtement, tandis que l'aluminium nécessite généralement une anodisation ou une peinture et subit encore une corrosion par piqûres en service marin.
Pourquoi le titane est-il plus cher que l'aluminium ? Le titane est plus difficile à extraire, fondre, usiner et souder. Son coût est compensé par sa résistance, sa résistance à la chaleur, sa durée de vie en corrosion et ses performances en fatigue.
Peut-on boulonner du titane à l'aluminium ? Oui, mais en service humide, l'aluminium se corrode en tant que métal moins noble, la jonction nécessite donc une isolation, un produit d'étanchéité ou un revêtement.
Beiyu Titanium est la marque internationale d'exportation de titane de Jiaxing Beiyu New Materials Technology Co., Ltd., avec un appui de production à Baoji, Shaanxi. Lorsque le titane est le meilleur choix technique, partez de la forme de produit requise plutôt que du seul nom de l'alliage. Consultez chez Beiyu la gamme de matériaux en titane, puis envoyez la nuance, la norme ASTM ou AMS applicable, les dimensions, la quantité, l'état, l'application et le périmètre requis des documents de contrôle à [email protected]. Pour la sélection de la nuance, utilisez le guide de comparaison des nuances de titane, le page Grade 5 et le page Grade 2. Si une documentation EN 10204 3.1 ou une traçabilité par numéro de coulée est requise, indiquez les résultats et champs de traçabilité demandés afin que le périmètre disponible puisse être confirmé avant le lancement de la commande.
Là où les deux matériaux cessent d'être comparables sur le papier
Une comparaison de poids et de résistance est facile à publier et difficile à utiliser pour commander. Dès qu'une pièce en aluminium est redessinée en titane, la base d'acceptation change, et les champs qui déterminent si la barre peut être usinée telle que livrée ne sont pas ceux abordés par la comparaison.
| Déterminé par le choix du matériau | Toujours déterminé par la commande |
|---|---|
| Densité, rigidité et comportement à la corrosion | Tolérance de diamètre, sous forme de classe ou de valeur |
| Quelle nuance convient au service | Rectitude, avec la longueur de référence sur laquelle elle s'applique |
| La norme produit applicable | État de surface, indiqué séparément de l'état de livraison |
| Propriétés mécaniques minimales | Étendue du contrôle et sa classe d'acceptation |
Ce que Beiyu publie pour la filière des barres rectifiées de précision
Pour les pièces converties depuis l'aluminium, le matériau d'entrée est généralement une barre de petit diamètre, de sorte que les valeurs publiées pour cette filière sont celles dont dépend une offre d'usinage. Elles couvrent la filière documentée de rectification sans centre de 3,175 mm à 25,4 mm de diamètre, en tant que capacité de production par rapport à laquelle la commande est examinée plutôt qu'en tant qu'indication de stock.
| Champ | Valeur publiée |
|---|---|
| Tolérance de diamètre | ±0,0127 mm (±0,0005 in), resserrée à ±0,0076 mm sur demande |
| Rectitude | 0,5 mm par mètre, et 0,3 mm par mètre pour les diamètres jusqu'à 25 mm |
| Contrôle | Ultrasons, courants de Foucault, surface optique, diamètre laser et rectitude, chacun sur 100 pour cent du lot |
| Certificat | Certificat de réception 3.1 selon EN 10204 avec traçabilité par numéro de coulée |
Ces contrôles relèvent du programme de précision proposé et ne s'appliquent pas à l'ensemble de la gamme de barres rondes de 1 mm à 500 mm.
Pour les chiffres absolus à l'origine de cette comparaison, la densité par nuance de titane et le poids par mètre selon la dimension, voir le titane est-il lourd.
Détails des spécifications avec sources
La gamme de titane est plus étendue que les deux nuances habituellement comparées à l'aluminium. ASTM B265 indique une résistance à la traction minimale de 620 MPa et une limite d'élasticité minimale de 483 MPa pour le Grade 9 recuit, Ti-3Al-2.5V, l'alliage intermédiaire apte au travail à froid utilisé pour les tubes hydrauliques, dont la résistance se situe entre celle du métal commercialement pur et celle du Ti-6Al-4V, tout en étant plus facilement formable que ce dernier. La même norme fixe des allongements minimaux de 20 pour cent pour le Grade 2 et de 10 pour cent pour le Grade 5, des valeurs qu'il convient de vérifier lorsqu'une conception est convertie à partir d'un état métallurgique d'aluminium ductile.
| Nuance | Valeurs minimales citées dans le guide d'après ASTM B265 |
|---|---|
| Grade 9, Ti-3Al-2.5V, recuit | 620 MPa en traction et 483 MPa en limite d'élasticité ; l'alliage intermédiaire apte au travail à froid utilisé pour les tubes hydrauliques |
| Grade 2 | allongement minimal de 20 pour cent |
| Grade 5 | allongement minimal de 10 pour cent |
Le comportement à la fusion établit le contraste de température avec des valeurs de référence. ASM Handbook Volume 2 indique 660 C pour le point de fusion de l'aluminium pur et une plage de fusion d'environ 582 à 652 C pour le 6061, contre environ 1668 C pour le titane non allié, de sorte que le titane fonctionne beaucoup plus loin de son point de fusion à toute température de service commune. Du point de vue des spécifications, la tôle aérospatiale en Ti-6Al-4V est commandée selon SAE AMS 4911 à l'état recuit, tandis que l'aluminium de structure est commandé selon ASTM B209 pour les tôles et plaques et ASTM B221 pour les extrusions, chacune avec des tableaux de propriétés propres à l'état métallurgique.