Demande croissante d’alliages haute performance dans le secteur aérospatial

Aperçu

Les dépenses croissantes en matériaux avancés dans le secteur manufacturier, en raison de leur capacité à améliorer la fonctionnalité, à améliorer la capacité de survie et à induire de faibles coûts de cycle de vie, devraient rester une tendance clé. Par conséquent, le potentiel des matériaux avancés, à savoir les alliages à haute performance, ne pouvait être ignoré dans le secteur de l’aérospatiale et de la défense au niveau mondial. Bien que les équipementiers continuent de préférer l'aluminium dans la construction aéronautique, des matériaux avancés tels que les alliages hautes performances gagnent du terrain parmi les ingénieurs en raison de leurs propriétés supérieures de résistance à la chaleur, de leur excellente résistance et de leur maintien de la stabilité dimensionnelle à des températures plus élevées que les autres matériaux.

L’assouplissement des restrictions post-COVID-19, associé à la volonté croissante de payer le billet d’avion parmi la génération Y, devrait inciter les acteurs de l’industrie opérant dans le secteur de l’aérospatiale et de la défense à ouvrir de nouvelles voies. En outre, les conséquences de la guerre entre la Russie et l’Ukraine ont créé une nouvelle équation géopolitique à l’échelle mondiale. La majorité des gouvernements, du monde occidental aux économies émergentes comme la Chine et l’Inde, devraient augmenter leurs dépenses pour renforcer leur capacité de fabrication nationale dans le secteur de l’aérospatiale et de la défense. Par conséquent, ces sentiments positifs dans le secteur de l’aérospatiale et de la défense devraient ouvrir la voie à l’incorporation de matériaux avancés, à savoir des alliages à haute performance, au cours des prochaines années.

Que sont les alliages haute performance ?

Les alliages ou superalliages hautes performances trouvent des applications car ils présentent des propriétés supérieures telles qu'une excellente résistance mécanique, une résistance supérieure à la déformation par fluage thermique, une stabilité de surface et une résistance à la corrosion induite. Ces matériaux ont été développés pour être utilisés dans les turbocompresseurs de moteurs à pistons d’avions. Avec l’avènement des nouvelles technologies, les superalliages sont devenus l’une des matières premières clés pour la production de composants de moteurs de turbines aérospatiales et marines. L'acceptation croissante de ces matériaux spéciaux est attribuée à la sensibilisation croissante à l'adoption de mesures dans l'industrie aérospatiale pour se protéger contre l'exposition à des environnements oxydants sévères et à des températures extrêmes pendant des périodes raisonnables.

Les alliages hautes performances sont disponibles sous la forme de catégories de nickel, de fer et de cobalt. Certaines des principales variantes de produits disponibles incluent les alliages Inconel, Hastelloy, Rene, Waspaloy, Incoloy et TMS. L’excellente résistance à l’oxydation et à la corrosion à haute température est l’une des caractéristiques clés qui incitent les ingénieurs du secteur aérospatial à préférer les alliages hautes performances.

Le fluage est un facteur clé de durée de vie affectant les performances et la durabilité des composants d’aérostructure tels que les aubes de turbine à gaz. Les alliages haute performance sont constitués de métaux cubiques à faces centrées (BCC), à savoir le cobalt, le fer et le nickel, qui peuvent posséder une résistance supérieure au fluage à haute température. Par conséquent, les équipementiers du secteur aérospatial devraient préférer ces formes de produits pour limiter l’impact négatif du fluage.

Au cours des dernières années, les alliages hautes performances à base de nickel ont gagné suffisamment de place sur le marché dans le secteur aérospatial en raison de leur capacité à fonctionner à des températures élevées comprises entre 800 et 1 000 degrés. Ces variantes de produits à base de nickel sont composées de matériaux de chrome, de fer, de titane et de cobalt. Une telle fusion de divers matériaux sous une forme de produit unique devrait promouvoir leur utilisation dans la fabrication de divers composants aérospatiaux, à savoir les aubes de turbine haute pression, les disques, la chambre de combustion, les postcombustion et les inverseurs de poussée.

Scénario du secteur aérospatial

Le secteur aérospatial mondial a connu une croissance en raison de la demande croissante de voyages de passagers après la levée des restrictions liées au COVID-19, associée à l'augmentation des dépenses en commandes de nouveaux avions militaires par divers gouvernements nationaux. En 2023, les livraisons annuelles mondiales d’avions étaient estimées à plus de 5 000, pour une valeur de plus de 1 500 milliards de dollars. On s'attend à ce que les besoins en avions atteignent plus de 40 000 au cours des 20 prochaines années, avec une valeur estimée à 8,1 milliards de dollars. L'industrie aérospatiale est divisée en cinq produits clés : les avions de l'aviation civile, les avions de passagers privés, les avions militaires, les hélicoptères et les avions à hélices. Parmi ces variantes de produits clés, les avions civils et militaires sont les principaux contributeurs à la position dominante pour décider du mouvement de l'industrie aéronautique au niveau mondial.

Au cours des dernières années, le secteur aérospatial a connu les développements suivants qui stimuleront dans un avenir proche la production d’avions commerciaux ainsi que de défense :

• En juin 2023, GE Aerospace a signé un protocole d'accord avec Hindustan Aeronautics Limited (HAL) pour produire des moteurs d'avion de combat d'une poussée de 98 kilonewtons pour l'armée de l'air indienne. Ce moteur équipera les avions de combat légers (LCA) Mark II et devrait être commercialisé d'ici fin 2024.
• En avril 2023, Airbus a signé un accord pour l'expansion de l'assemblage final de la famille d'avions A320 avec Tianjin Free Trade Zone Investment Company Ltd. et Aviation Industry Corporation of China Ltd. Cet accord contribuera à soutenir l'objectif de l'entreprise de maintenir 75 avions produits par an. mois
• En janvier 2023, Boeing a annoncé son intention d'ajouter une nouvelle ligne de production de 737 MAX à Everett, dans l'État de Washington, d'ici la mi-2024. En outre, la société prévoit également d'augmenter sa production de 50 appareils par mois entre 2025 et 2026.
• En décembre 2022, le gouvernement japonais a annoncé son intention de développer des avions de combat de nouvelle génération avec la coopération du Royaume-Uni et de l'Italie. Ce plan jouera un rôle clé dans le remplacement de la flotte vieillissante de F2 américains par des avions de combat Mitsubishi FX. Cet accord devrait jouer un rôle clé pour contrer les affirmations croissantes de la Chine dans la région Indo-Pacifique.
• En novembre 2022, le ministère russe de la Défense a révélé l'expansion prévue de la capacité de production d'un avion multifonctionnel de cinquième génération nommé Su-57.
• En octobre 2022, le gouvernement indien a jeté les bases d’une usine de fabrication d’avions C-295 dans le Gujarat, en Inde. Cette usine fabriquera 40 avions C-295 pour l'armée de l'air indienne dans le cadre de la collaboration entre la société espagnole Airbus Defence and Space et Tata Advanced Systems Limited.
• En mai 2022, le premier avion à réaction de fabrication nationale chinoise a effectué son premier vol commercial. Commercial Aviation Corporation of China (Comac) a développé cet avion de ligne sous la marque C919 avec une capacité estimée à 130 passagers. La société révèle que plus de 1 200 avions de ligne C919 ont été commandés. Par ailleurs, Comac prévoit de construire des avions d'une capacité prévue de 150 unités par an au cours des cinq prochaines années.
• En mars 2022, Lockheed Martin a annoncé son intention d'investir plus d'un milliard de dollars dans l'industrie aérospatiale saoudienne. Ce plan facilitera les initiatives de fabrication, de R&D et de MRO (maintenance, réparation et opérations) en Arabie Saoudite et favorisera ainsi l'expansion de l'industrie aérospatiale au niveau national.

L’utilisation généralisée de matériaux pour l’aérospatiale et la défense peut être attribuée au respect des exigences en matière de coûts et d’environnement pour les avions légers, ainsi qu’aux exigences de maintenance en matière d’intégrité structurelle. La taille du marché des matériaux pour l’aérospatiale et la défense est évaluée à 30,52 milliards de dollars d’ici 2028 et devrait croître à un taux de 4,10 % pour la période de prévision de 2021 à 2028.

Pour en savoir plus sur l’étude, visitez https://www.databridgemarketresearch.com/fr/reports/global-aerospace-and-defense-materials-market

Alliages haute performance dans le secteur aérospatial

Le secteur aérospatial représentait plus de 50 % du marché mondial des alliages hautes performances en 2022. Les superalliages sont utilisés dans divers avions, à savoir les avions commerciaux, les avions cargo, les avions d'affaires et les avions militaires. La plupart des équipementiers du secteur aérospatial préfèrent utiliser des alliages hautes performances dans les turboréacteurs à double flux en raison de leur excellente résistance thermique et de leur protection supérieure contre la corrosion. De plus, ces alliages ont gagné en popularité au cours des dernières années dans des applications, à savoir les composants structurels et de fixation du fuselage et les aubes de turbine.

Tableau : Alliages hautes performances couramment utilisés

Pourquoi des alliages haute performance ?

Les alliages haute performance sont préférés dans la fabrication de divers composants de structures aérospatiales car ils ont la capacité de présenter les caractéristiques et avantages clés suivants : -

• Excellente résistance au fluage

Le fluage est un mode de défaillance dans lequel un composant se déforme à un niveau de contrainte inférieur à sa résistance à la traction ultime. Les formes de produits hautes performances peuvent permettre aux aubes de turbine de fonctionner avec une génération de chaleur extrême et une forte charge de force centripète. Avant l'introduction des alliages de haute performance dans l'industrie aérospatiale, l'utilisation intensive de matériaux non résistants au fluage empêchait l'allongement des aubes de turbine pendant la rotation et provoquait ainsi des interférences avec les carters de moteur.

• Résistance thermique supérieure

Les turbines à réaction peuvent générer des niveaux de poussée élevés lors de la compression de l'air d'admission et du carburant. Par conséquent, la puissance considérable du moteur peut être produite grâce à une compression élevée, ce qui à son tour augmente le niveau de génération de chaleur. Les alliages haute performance sont utiles pour induire des pressions de combustion élevées, augmentant ainsi considérablement l'efficacité du moteur.

• Durcissement par précipitation

Les alliages haute performance ont la capacité de former une microstructure d'équilibre à deux phases, qui influence la capacité des éléments d'alliage à s'organiser et à fournir une protection contre différents modes de défaillance.

Types d'alliages haute performance

Alliages à base de nickel

• Hastelloy: - Ces alliages de nickel sont une combinaison de chrome et de molybdène, qui contribuent à présenter une résistance supérieure à la corrosion, une bonne soudabilité et une excellente résistance aux acides. L'une de ses variantes, à savoir l'Hastelloy X, est utilisée dans l'industrie aérospatiale depuis plus de 50 ans car elle offre d'excellentes propriétés telles que la résistance à la température, à l'oxydation et à la carburation. Ces variantes aident à résister aux fissures sous contrainte dues à l'oxydation et à maintenir la ductilité lors d'une exposition à des températures allant jusqu'à 1 600 °F. En conséquence, les constructeurs d'avions préfèrent l'Hastelloy X pour une utilisation dans les turbines de moteurs, les tuyaux d'échappement et d'autres pièces d'avion.

Data Bridge Market Research analyse que le marché mondial des alliages de nickel devrait atteindre une valeur de 19 370 672,30 milliers de dollars d’ici 2030, avec un TCAC de 5,59 % au cours de la période de prévision de 2023 à 2030. Le rapport de marché couvre également de manière exhaustive l’analyse des prix et l’analyse des brevets. , et les progrès technologiques.

Pour en savoir plus sur l’étude, visitez https://www.databridgemarketresearch.com/fr/reports/global-nickel-alloy-market

Inconel : -Ces formes de produits à base de nickel sont une combinaison de chrome et de fer, utilisés pour fournir une protection contre la corrosion à haute température. L'Inconel est disponible dans les variantes de l'Inconel 625 et de l'Inconel 718, couramment utilisés dans l'industrie aérospatiale. De telles variantes sont utilisées dans les applications aérospatiales à haute température, notamment les injecteurs de carburant, les anneaux de postcombustion et d'autres composants de moteur. L'utilisation efficace de l'Inconel permet de résister à la corrosion due aux jets de fluides et autres liquides. De plus, l’Inconel a été utilisé dans les fusées et les vaisseaux d’exploration spatiale au cours des dernières années.

Alliages à base de cuivre : -Les alliages hautes performances à base de cuivre sont utilisés pour présenter d'excellentes propriétés mécaniques et une excellente maniabilité. Certaines des propriétés sont répertoriées ci-dessous : -

• Excellente résistance thermique par rapport aux alliages à base de nickel
• Protection supérieure contre la corrosion
• Bonne résistance à la fatigue thermique à haute température
• Meilleure soudabilité

Alliages à base de fer : -Les superalliages à base de fer peuvent présenter les caractéristiques suivantes :

• Excellente résistance à l'usure par rapport aux homologues en nickel
• Résistance supérieure au fluage
• Bonne soudabilité
• Excellente usinabilité

Perspectives de fabrication des alliages haute performance

Au cours des dernières années, le traitement des superalliages est passé de la méthode de coulée conventionnelle aux technologies de pointe, à savoir la coulée à solidification directionnelle et la coulée à croûte unique. La coulée solidifiée de manière directionnelle fonctionne de telle manière que les moules sont conçus pour incorporer une face intérieure, considérée comme plus froide que les autres matériaux. Ce processus est exécuté en utilisant des échangeurs de chaleur refroidis à l'eau. La capacité d'un tel processus de coulée à contrôler la direction des joints de grains, ce qui ouvre la voie aux ingénieurs des équipementiers de l'aérospatiale pour concevoir les composants dans des directions spécifiques. En conséquence, il est préférable de déployer le moulage solidifié directionnellement pour la production de composants de moteurs de turbine à réaction.

D'autre part, le moulage de monocristaux n'est pas seulement considéré comme une version improvisée du processus de solidification directe, car le premier peut éliminer les problèmes tels que le glissement, la cavitation et les inclusions provoqués par les joints de grains. De plus, le procédé monocristallin a la capacité d’induire une résistance au fluage dans les composants fabriqués pour les composants d’avions. Par conséquent, les équipementiers de l’aérospatiale devraient préférer les procédés de coulée monocristallins en raison de l’acceptation croissante de la résistance au fluage comme paramètre clé pour évaluer la qualité des composants des avions commerciaux et de passagers.

Avions de nouvelle génération : une nouvelle opportunité

La tendance croissante des constructeurs d'avions, dont Boeing et Airbus, à mettre l'accent sur quatre piliers, à savoir l'économie, l'environnement, l'électrification et l'efficacité, devrait promouvoir la portée des avions de nouvelle génération. Par exemple, en mai 2021, Airbus a annoncé son intention de développer un A322 de nouvelle génération avec une longueur totale d'avion allant jusqu'à 50 mètres. La résistance au fluage des avions et la protection contre les hautes températures sont des attributs clés qui jouent un rôle clé dans l'amélioration de l'efficacité globale des variantes d'avions de nouvelle génération. En conséquence, les alliages haute performance sont préférés par les équipementiers du secteur aérospatial en tant que matériaux avancés pour la production de divers composants, notamment les moteurs et les revêtements de pales des avions de nouvelle génération, afin d'induire une meilleure protection thermique et une excellente résistance au fluage.

Concurrence et réponse des fabricants à l'industrie aérospatiale

La majorité des entreprises manufacturières d’alliages de haute performance ont dédié leurs produits destinés au secteur aérospatial. L'industrie est pénétrée par des acteurs internationaux et régionaux qui utilisent des partenariats stratégiques pour maintenir leur part de marché. Les principaux fabricants comprennent Alcoa Inc. ; Hitachi Metals Ltd.; Outokumpu ; Allegheny Technologies Incorporée ; Haynes International Inc. ; Technologie de charpentier ; et VSMPO-Avisma Corporation.

Certaines des nouvelles entreprises gagnent de l'espace sur le marché grâce au lancement de produits innovants. Par exemple, en septembre 2019, la société suédoise Digital Metal AB a lancé un nouvel alliage haute performance imprimé en 3D à deux liants destiné aux environnements extrêmes. Ces produits sont disponibles dans les prépositions DM 247 et DM 625, avec une technologie exceptionnelle de jet de liant qui évite ces problèmes grâce à l'impression à température ambiante sans appliquer de chaleur. Le DM 247 est dérivé du MAR M247, qui trouve son utilité pour la production d'aubes de turbine et d'autres applications aérospatiales à des températures extrêmes. D'autre part, le DM 625 est de qualité Inconel et est utilisé dans les secteurs de l'eau de mer, des équipements de traitement chimique, du nucléaire et de l'aérospatiale.

Avec l'avènement de la fabrication additive à l'échelle mondiale, on s'attend à ce que les entreprises de fabrication d'alliages de haute performance investissent dans la formation d'alliances stratégiques avec des fournisseurs d'additifs afin que les catégories de produits de nouvelle génération soient bientôt introduites. De plus, la plupart des scientifiques du secteur aérospatial estiment que les alliages hautes performances conviennent à l’impression 3D. Par conséquent, les constructeurs aéronautiques devraient utiliser la combinaison parfaite d’une technologie de liant unique et de l’USP des superalliages dans une catégorie de produit unique.

Data Bridge Market Research analyse que le marché croît avec un TCAC de 20,9 % au cours de la période de prévision de 2023 à 2030 et devrait atteindre 91 853,88 millions de dollars d’ici 2030. Le principal facteur à l’origine de la croissance du marché de la fabrication additive est la demande croissante. pour les composants légers des industries automobile et aérospatiale.

Pour en savoir plus sur l'étude, https://www.databridgemarketresearch.com/fr/reports/global-additive-manufacturing-market

Au cours des dernières années, les instituts de recherche du secteur aérospatial ont augmenté leurs dépenses pour développer des superalliages de nouvelle génération destinés à la production d'avions. Par exemple, en février 2020, la NASA a annoncé le développement d'un superalliage à base de nickel en utilisant des éléments d'alliage spécifiques qui limitent les déformations délétères à des températures supérieures à 700°C. Ces alliages hautes performances à base de nickel utilisent une composition de métallurgie des poudres (PM), limitant la transformation délétère de la phase gamma-prime en phase gamma et induisant des défauts d'empilement lors de la déformation par fluage. Il est bien connu que les matériaux des structures des avions ont tendance à se déformer plastiquement sous charge et à haute température. En conséquence, ces formes de produits hautes performances sont considérées comme des matériaux résistants au fluage supérieurs qui jouent un rôle crucial dans l’amélioration des performances des moteurs d’avion.

Conclusion

Les dépenses élevées en matériaux avancés visant à réduire les dépenses totales de maintenance, associées à l'introduction d'avions de nouvelle génération, devraient promouvoir le développement des alliages à haute performance au cours des prochaines années. En outre, les dépenses croissantes consacrées à l'intégration de nouvelles technologies, notamment la technologie d'impression 3D, devraient ouvrir la voie aux équipementiers du secteur aérospatial pour la mettre en synergie avec les meilleures qualités des superalliages et développer des composants innovants pour les avions commerciaux et militaires.

L'investissement initial important requis pour l'incorporation, associé à l'usinage limité d'alliages à haute performance sous diverses formes, devrait constituer un défi majeur pour les acheteurs opérant dans le segment des équipementiers aérospatiaux. En outre, la volatilité des prix des matières premières métalliques en raison de la dynamique fluctuante de l'offre en provenance des destinations productrices de métaux comme le nickel, l'aluminium, le cuivre et le fer devrait constituer un défi majeur pour garantir l'accès aux alliages à haute performance pour le secteur aérospatial dans le monde. futur proche.

Data Bridge Market Research analyse que le marché des alliages haute performance devrait connaître un TCAC de 5,80 % de 2023 à 2030. En plus des informations sur les scénarios de marché tels que la valeur marchande, le taux de croissance, la segmentation, la couverture géographique et les principaux acteurs, les rapports de marché organisés par Data Bridge Market Research comprennent également une analyse approfondie d’experts, une production et une capacité géographiquement représentées par entreprise, la configuration du réseau de distributeurs et de partenaires, une analyse détaillée et mise à jour des tendances des prix et une analyse des déficits de la chaîne d’approvisionnement et de la demande.

Pour avoir un aperçu détaillé du marché, visitez https://www.databridgemarketresearch.com/fr/reports/global-high-performance-alloys-market