Présentation
RÉSUMÉ
Les principes de base de la métallurgie des alliages de titane sont présentés, avec les différentes classes d'alliages et les évolutions statiques des diverses phases en présence. Positionnant les traitements thermiques dans la mise en oeuvre des produits, cet article couvre les aspects fondamentaux qui gèrent les traitements d'adoucissement et de durcissement. Les moyens de favoriser plus spécifiquement une propriété particulière sont mis en évidence et les pratiques industrielles sont présentées.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Yves COMBRES : Ingénieur Civil des Mines, Docteur en Science et Génie des Matériaux - Ingénieur de Recherches à CEZUS
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Bernard CHAMPIN : Ingénieur Civil des Mines, Docteur ès Sciences - Directeur Recherches et Développement à CEZUS
INTRODUCTION
L’élément titane, Ti dans la classification périodique des éléments, a été découvert en 1790. Cependant, la difficulté de sa métallurgie extractive n’a permis un démarrage industriel que dans les années 50. Le titane et ses alliages présentent des caractéristiques attrayantes (densité faible, bonne tenue à la corrosion, caractéristiques mécaniques élevées, transformation par les procédés conventionnels, amagnétisme...).
Le titane et ses alliages sont principalement utilisés dans les industries chimiques et aéronautiques. Ils ont aussi d’importantes applications dans le secteur médical à cause de la biocompatibilité et des modules d’Young pouvant être assez bas (70 GPa) et assez proches de celui des tissus osseux. Dans les étapes de mise en œuvre du titane et de ses alliages les traitements thermiques tiennent une place tout à fait prépondérante.
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MOTS-CLÉS
métallurgie aéronautique médical automobile chimie micrographie essais mécaniques traitement thermique
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1983 par Bernard CHAMPIN, Bernard DE GÉLAS
- Version courante de mars 2013 par Yves COMBRES
DOI (Digital Object Identifier)
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Précautions à prendre lors des traitements thermiques6. Augmentation sélective des propriétés
Bien évidemment, les alliages de titane sont soumis, comme tous les métaux, à l’antinomie dureté/ténacité. Cependant, le compromis peut être plus ou moins à l’avantage de telle ou telle propriété, selon le traitement mis en œuvre, comme le montrent les quelques exemples suivants.
6.1 Ténacité
C’est le premier critère à prendre en compte car il évolue, globalement, à l’inverse de la résistance. Ainsi, le facteur d’intensité de contrainte K Ic peut être relié à la charge de rupture (figure ).
Une analyse plus fine permet de mettre en évidence l’effet de certains paramètres de traitement thermique sur la ténacité. Globalement, la structure aiguillée (phase β transformée) est favorable, d’autant plus que la phase α primaire globulaire est en faible quantité : il est probable que la propagation des fissures est gênée par la juxtaposition des plaquettes α. À côté de la trempe depuis le domaine β, excellente en ténacité mais rejetée par manque d’allongement à la rupture, il faut citer le recuit de recristallisation (haut du domaine α + β) qui assure un bon compromis (figure ). De même, les recuits multiples (cf. tableau ci-contre) améliorent la ténacité (sans adoucissement notable) par la stabilisation de la phase β qu’ils entraînent.
HAUT DE PAGE6.2 Résistance à la fatigue
Ce cas est plus complexe que le précédent car il fait intervenir :
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la résistance à l’amorçage de la fissure, qui met en jeu l’état de surface et d’éventuels traitements superficiels en plus de la qualité propre du métal ;
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la résistance à la propagation lente des criques, qui se rapproche de la ténacité (résistance à la propagation brutale) étudiée au paragraphe précédent ;
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la nature du cycle imposé (nombre...
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