Boulons de bride en titane : précharge, pas traction

Boulons à bride en titane : précharge, pas traction

Un assemblage boulonné ne casse pas parce que le boulon n'est pas assez résistant. Il casse parce que le boulon n'a jamais été assez étiré, ou parce que l'étirement a été perdu après assemblage. Cette distinction est plus importante avec le titane qu'avec l'acier, car le titane se grippe sur lui-même, son coefficient de friction est élevé et variable, et une valeur de couple copiée d'un assemblage en acier produira une précharge soit beaucoup trop faible, soit dangereusement proche de la limite élastique.

Précharge : le seul chiffre qui compte

Un boulon fonctionne en étant étiré. La tension dans la tige serre les pièces ensemble, et l'assemblage reste serré tant que cette charge de serrage dépasse la charge de service avec une marge. L'objectif habituel est de 60 à 75 % de la charge d'épreuve du boulon, ce qui maintient la tige dans sa plage élastique tout en laissant suffisamment de réserve pour que l'assemblage soit chargé sans se séparer.

Le problème est que le couple est une mauvaise mesure de la tension. Le couple appliqué est réparti entre l'étirement du boulon et la surmonte de la friction sous la tête et dans les filets, et la part de friction est la plus importante. C'est pourquoi le facteur de friction K dans la formule couple égale K fois tension fois diamètre décide du résultat : un changement de 0,12 à 0,20 dans K, ce qui est tout à fait normal entre un filetage lubrifié et un filetage sec, change la tension produite par le même couple d'environ 40 %.

Pour un assemblage en titane, la conclusion pratique est de lubrifier délibérément et de mesurer plutôt que de supposer. Une pâte de disulfure de molybdène sur les filets et sous la tête amène la dispersion dans une plage où une clé dynamométrique est un substitut raisonnable pour la tension. Un boulon en titane sec et nettoyé serré au couple selon une valeur de référence est une supposition, et la supposition est généralement basse car le filetage traîne plutôt que de glisser.

Galling : pourquoi les filets en titane se bloquent

Le titane a un film d'oxyde mince sur une matrice relativement molle. Sous la pression et le glissement d'un filetage, le film se brise, le métal propre rencontre le métal propre, et les deux surfaces soudent. Le résultat est un filetage qui se prend, se serre prématurément et se déchire ensuite lors du démontage. L'effet est pire avec du titane sur du titane, ce qui est exactement la combinaison dans un boulon en titane et un écrou en titane.

Il existe quatre réponses standard. Lubrifier avec un film solide tel que le disulfure de molybdène. Fabriquer l'écrou dans un matériau différent, généralement un acier ou un bronze, ou un écrou en titane avec un revêtement de film sec. Rouler le filetage plutôt que de le tailler, car un filetage roulé a un flanc plus lisse et une contrainte résiduelle favorable. Et contrôler la vitesse d'assemblage : un outil motorisé tournant un écrou en titane sec à haute vitesse se grippera là où une clé manuelle ne le ferait pas.

Deux écrous et deux contre-écrous : lecture de l'approvisionnement

Cette page fournit chaque boulon avec deux écrous et deux contre-écrous, et il s'agit d'un arrangement d'écrou de blocage plutôt que d'un système de verrouillage. Deux écrous simples sur un filetage se bloquent l'un contre l'autre : le premier est serré à la précharge, le second est descendu et serré contre lui, et la paire résiste au desserrage par la friction entre leurs faces de contact. Cela fonctionne, et c'est facile à inspecter, mais cela ne remplace pas un écrou à freinage prédominant approprié dans un environnement de vibration.

Un écrou de blocage avec un insert en nylon est un mauvais choix au-dessus d'environ 120 degrés Celsius car l'insert rampe, et un assemblage en titane qui subit de la chaleur est mieux servi par un écrou à freinage prédominant entièrement métallique ou par un écrou crénelé avec une goupille fendue. La page fait également référence à une utilisation à haute température, et cette affirmation nécessite de la prudence : ce qui limite un élément de fixation en titane à température n'est pas la résistance à la traction mais la perte de précharge lorsque le boulon se détend, et l'oxydation de la surface du filetage.

La revendication des 500 degrés, lisez attentivement

Un boulon en titane commercialement pur chauffé à 500 degrés Celsius à l'air ne fondra pas et ne s'effondrera pas, mais il absorbera de l'oxygène dans sa surface, formera une couche alpha fragile, et rampra sous une précharge qui serait triviale à température ambiante. Un assemblage préchargé à cette température perd de la charge de serrage lorsque le boulon se détend, et un boulon qui a perdu sa précharge n'est plus un boulon qui fait son travail, quel que soit son certificat.

La lecture honnête d'une valeur de 500 degrés est qu'elle décrit une limite matérielle plutôt qu'une limite d'assemblage. Là où un assemblage doit réellement fonctionner à chaud, l'alliage est généralement Ti-6Al-4V ou une nuance de température plus élevée, la précharge est réglée plus bas pour laisser une réserve de fluage, et l'assemblage est qualifié par un test de relaxation à température plutôt que par un test de traction à température ambiante. Pour une bride dans un conduit d'air chaud, ce test vaut plus que n'importe quel chiffre sur une fiche technique.

Corrosion, poids et cas marin

Les fixations en titane sont choisies dans l'eau de mer, dans les usines chimiques et sur les structures offshore car le film d'oxyde se reforme après une rayure et le métal ne se pique pas dans les chlorures. Les détails qui décident si cette promesse est tenue sont le creux sous la rondelle, le contact avec une structure en acier, et l'engagement du filetage. Un boulon en titane dans un cadre en acier fait de l'acier l'anode, de sorte que le cadre se corrode autour d'une fixation qui semble parfaite ; des rondelles isolantes et une face en acier revêtue l'empêchent.

Le poids est l'autre raison. Le titane à 4,51 grammes par centimètre cube est environ 43 % plus léger que l'acier, et sur une grande bride avec des dizaines de boulons, l'économie est réelle. Cela s'accompagne d'une mise en garde : le titane a un module plus faible, donc un boulon en titane s'étire plus pour la même charge, ce qui est bon pour la fatigue et mauvais pour un assemblage qui nécessite un serrage rigide. Le boulon et la bride doivent être conçus ensemble.

Finitions naturelles et colorées

La page propose des finitions naturelles et colorées. Naturelle est la surface de fraisage, gris argenté, avec le film passif intact. Colorée est un film anodisé, et la couleur provient de l'interférence dans ce film plutôt que d'un colorant, donc elle ne se décolore pas et ne peut pas être exactement assortie d'un lot à l'autre à moins que le processus ne soit contrôlé. L'anodisation n'est pas une barrière contre la corrosion comme la peinture : c'est une version plus épaisse du film qui existe déjà, et elle modifie la friction sous la tête.

Ce dernier point est important pour un assemblage contrôlé par couple. Un boulon anodisé serré avec une valeur destinée à un boulon naturel fournira une précharge différente, car le film est plus rugueux et son facteur de friction est différent. Si la couleur est décorative, l'assemblage doit être conçu autour d'elle ; si l'assemblage est critique, spécifiez la finition et le lubrifiant ensemble, et qualifiez la combinaison.

Prix, quantité et ce que dit la page

La description donne un prix unitaire de 0,5 à 3,2 dollars US par pièce selon la taille et la quantité, une quantité entièrement personnalisable, une fabrication CNC ou forgée, une finition naturelle ou colorée, et la fourniture de deux écrous et deux contre-écrous avec chaque boulon. Le prix est une référence pour une taille standard : un boulon de bride de grand diamètre avec un filetage fin et un test de charge d'épreuve est un article différent d'un petit boulon hexagonal, et la remise sur quantité est réelle mais elle est cotée par commande plutôt que publiée.

Notes de commande

Écrivez le grade avec son numéro UNS, la classe de propriété ou la charge de traction et d'épreuve dont vous avez besoin, la taille et le pas du filetage, la longueur du filetage, le type de tête, le matériau et la hauteur de l'écrou, la finition, le lubrifiant si l'assemblage est contrôlé par couple, et le test et le certificat. Indiquez la température de service et si l'assemblage est préchargé, car ces deux réponses décident si un boulon commercialement pur est approprié ou si l'alliage et le test de relaxation sont nécessaires. Et demandez le rapport de test de charge d'épreuve, pas seulement une feuille de chimie, car un boulon est acheté pour sa résistance et non pour son analyse.

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