Présentation
RÉSUMÉ
Les excellents compromis densité/propriétés mécaniques/résistance à la corrosion des alliages de titane en ont fait de très bons candidats pour un grand nombre d’applications, notamment dans le secteur aéronautique et spatial. Dans le cas de ces alliages, le recours aux traitements thermomécaniques et thermiques est systématique afin d’optimiser les performances de l’alliage et d’adapter sa microstructure à l’usage. Cet article recense les notions de base sur la fabrication des demi-produits et des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage, ainsi que les techniques de pointe comme le gonflage superplastique et la métallurgie des poudres.
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Yves COMBRES : Docteur en Sciences et Génie des Matériaux - Ingénieur civil des Mines
INTRODUCTION
Le titane et ses alliages offrent de nombreux avantages comparés à d'autres métaux du fait de leur excellent compromis densité/propriétés mécaniques/résistance à la corrosion. Un de leurs domaines d'application privilégiés est le secteur aéronautique et spatial (disques de moteurs d'avion, trains d'atterrissage, carters, éléments de voilure...). 70 % du marché consiste en des produits longs destinés à être matricés ou moulés après fusion ; les 30 % restants sont surtout des produits plats pour l'emboutissage, le gonflage superplastique (étudié dans [M 613]), ou l’assemblage par soudage.
Nous limiterons ici volontairement notre propos à l’obtention de formes en alliage de titane par des techniques de déformation plastique et laisserons de côté les techniques de moulage, soudage, ou usinage, présentées par ailleurs [M 557].
Au moins autant, sinon plus, que pour tout autre système d'alliage, les propriétés d'emploi des alliages de titane sont extrêmement dépendantes de la microstructure. Ainsi, afin d'obtenir la meilleure nuance pour une application donnée et d'optimiser les caractéristiques mécaniques, on a toujours recours à des traitements thermomécaniques et thermiques dans les diverses étapes de fabrication. Le but est d'obtenir, non seulement la forme finale de la pièce, mais aussi la microstructure adaptée au cahier des charges des propriétés mécaniques.
L'objectif de cet article est donc de fournir aux utilisateurs potentiels du titane et de ses alliages les notions de base sur la fabrication des demi-produits et des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage, gonflage superplastique ou métallurgie des poudres [M 860].
Pour ce faire, ce texte sera divisé en trois parties. Tout d'abord, la métallurgie du titane (phases en présence, morphologie...) sera brièvement rappelée ainsi que les évolutions microstructurales dynamiques et statiques. Puis sera présentée la fabrication des demi-produits. Enfin, on abordera la fabrication des produits finis.
L'expertise technique et scientifique de référence
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1999 par Yves COMBRES
- Version courante de janv. 2023 par Yves COMBRES
DOI (Digital Object Identifier)
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Évolutions microstructurales dynamiques et statiques4. Conclusion
La mise en forme de demi-produits ou de pièces finies en alliage de titane s'effectue par tous les procédés conventionnels utilisés pour les autres systèmes métalliques : forgeage, laminage, filage, tréfilage... auxquels on peut associer des techniques de pointe, tels que le gonflage superplastique et la métallurgie des poudres.
L'objectif est de conférer aux produits, non seulement une forme géométrique, mais aussi une microstructure adaptée aux utilisations ultérieures. Il convient alors de connaître, avec une assez bonne précision, les évolutions microstructurales des deux phases en présence.
Le présent article a présenté les grandes lignes des traitements thermomécaniques qui doivent permettre de définir les limites des gammes de transformation.
Avant un lancement en fabrication définitif, nous conseillons un prototypage assisté par un code de calcul, ne serait-ce que pour tenir compte de la variété des traitements thermiques de finition qui influencent grandement les propriétés finales.
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