Titane Grade 2 ou Grade 5 : vous payez peut-être une résistance inutile
Pour la plupart des gens, le Grade 5 est le titane par défaut. Il représente environ la moitié de tout le titane utilisé, c’est ce que « titane » veut dire dans l’aéronautique, et il figure sur des plans où le Grade 2 ferait l’affaire pour moins cher et avec moins de difficultés.
Parfois, cette substitution serait une erreur. Souvent, non. Voici comment faire la différence.
Les deux alliages
Le Grade 2 est du titane commercialement pur : environ 99 % de titane, avec une teneur contrôlée en oxygène et en fer. Structure monophasée alpha. Doux, ductile, extrêmement résistant à la corrosion, facile à souder et à former.
Le Grade 5 est le Ti-6Al-4V : 6 % d’aluminium, 4 % de vanadium. Structure biphasée alpha-bêta, traitable thermiquement, environ trois fois plus résistant que le Grade 2.
| Grade 2 | Grade 5 (Ti-6Al-4V) | |
|---|---|---|
| Limite d’élasticité | ~275 MPa | ~830 MPa |
| Résistance à la traction | ~345 MPa | ~900 MPa |
| Dureté | ~145 HV | ~340 HV (~36 HRC) |
| Allongement | ~20 % | ~14 % |
| Température maximale d’utilisation | ~300 °C | ~400 °C |
| Soudabilité | Excellente | Bonne, demande du soin et une protection gazeuse inerte |
| Formabilité | Bonne à froid | Médiocre à froid, formage à chaud nécessaire |
| Résistance à la corrosion | La meilleure des deux | Très bonne, légèrement inférieure au Gr 2 |
| Coût matière relatif | Référence | ~1,3–1,6× |
| Coût d’usinage relatif | ~0,5–0,7× le Grade 5 | Référence |
Deux lignes méritent qu’on s’y arrête. Le Grade 2 résiste mieux à la corrosion, pas moins bien : les éléments d’alliage la réduisent légèrement. Et le Grade 2 s’usine environ deux fois plus facilement, ce qui, sur une pièce complexe, peut peser davantage que le prix de la matière.
Quand le Grade 2 est la bonne réponse
La corrosion est l’exigence, pas la charge. Tuyauteries de procédés chimiques, composants d’échangeurs thermiques, anodes, raccords en eau de mer, équipements de dessalement, accastillage. Si le rôle de la pièce est de ne pas se corroder, l’alliage le moins cher et le plus résistant à la corrosion est aussi le meilleur.
La pièce est soudée. Le Grade 2 se soude facilement. Le Grade 5 se soude aussi, mais le cordon et la zone affectée thermiquement perdent en ductilité, et le mode opératoire exige une protection gazeuse inerte correcte à l’endroit comme à l’envers. Pour une pièce mécano-soudée, le Grade 2 supprime toute une catégorie de risques.
La pièce est formée. Le Grade 2 peut être formé à froid. Le Grade 5, pratiquement pas.
Les contraintes sont réellement faibles. Équerres, capots, boîtiers et entretoises qui ne portent presque rien mais doivent résister à la chimie ou être amagnétiques et légers.
Implants médicaux, lorsque la norme le permet. Les Grades 2 et 4 sont utilisés pour des composants d’implants lorsque la résistance le permet ; le Grade 23 ELI couvre les cas à haute résistance.
Quand le Grade 5 justifie son prix
Charge structurelle. Tout ce qui supporte des contraintes significatives. Une limite d’élasticité trois fois supérieure n’est pas une petite marge.
Fatigue. Les charges cycliques favorisent nettement le Grade 5.
Filetages et petits éléments porteurs. Les filetages en Grade 2 grippent et s’arrachent à des charges que le Grade 5 supporte sans difficulté.
Température élevée sous charge.
Structures où le poids est critique, lorsque le rapport résistance/poids est la seule raison du choix du titane.
Les nuances intermédiaires
Le choix n’est pas binaire.
Le Grade 9 (Ti-3Al-2.5V) se situe entre les deux : environ 620 MPa de limite d’élasticité, toujours soudable et formable, couramment utilisé pour les tubes et les conduites hydrauliques. Il est sous-utilisé par les acheteurs qui ne connaissent que les Grades 2 et 5.
Le Grade 23 (Ti-6Al-4V ELI) est un Grade 5 à teneur réduite en oxygène et en fer, pour une meilleure ténacité et un meilleur comportement cryogénique. Standard pour les implants et une partie de l’aéronautique. Plus cher, avec une disponibilité matière plus restreinte.
Les Grades 7 et 11 contiennent du palladium pour résister aux acides réducteurs, là où le titane commercialement pur est en difficulté.
Le Grade 12 contient du molybdène et du nickel pour résister à la corrosion caverneuse à température élevée.
L’usinage, en bref
Les deux alliages partagent les fondamentaux du titane : faible conductivité thermique, réactivité chimique, retour élastique, et l’obligation absolue que l’outil reste en mouvement avec une vraie épaisseur de copeau. L’usinage du Ti-6Al-4V détaille les paramètres, qui s’appliquent au Grade 2 avec des vitesses environ 50–80 % plus élevées.
Le problème propre au Grade 2 est qu’il est collant. Il forme une arête rapportée et se déchire au lieu d’être cisaillé, si bien que l’état de surface peut être médiocre si l’outil n’est pas bien affûté. Le problème du Grade 5, c’est la chaleur et l’usure des outils. Des symptômes différents, le même remède : des outils affûtés, une avance suffisante, une lubrification sous pression.
Pour les pièces à parois minces, la rigidité plus faible du Grade 2 aggrave la flexion au lieu de l’atténuer : voir le titane à parois minces.
Comment décider, en une question
Contre quoi la pièce doit-elle être protégée : la charge ou la chimie ?
Si la réponse est la chimie, partez du Grade 2 et ne montez en gamme que si un calcul de contraintes vous y oblige. Si la réponse est la charge, partez du Grade 5.
Si la réponse est les deux, indiquez-le dans la demande de devis, avec l’environnement et les charges. C’est le type de question sur laquelle un fournisseur peut vous aider avant le gel du plan, et il est bien moins coûteux de la poser à ce moment-là qu’après le premier article.
Pour aller plus loin : les alliages de titane (en anglais).
Envoyez le plan et la fonction de la pièce : un ingénieur vous répond sous 24 heures ouvrées avec un devis chiffré, et si une nuance moins chère convient à votre application, il vous le dira.