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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The basic principles of the metallurgy of titanium alloys are presented with the different classes of alloys and the static evolutions of the various phases. This article presents heat treatments in the implementation of products and covers the fundamental aspects which rule softening and hardening treatments. The means in which to, more specifically, favor a particular property is highlighted and industrial practices presented.
Auteur(s)
-
Yves COMBRES : Ingénieur Civil des Mines, Docteur en Science et Génie des Matériaux - Ingénieur de Recherches à CEZUS
-
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
KEYWORDS
metallurgy | aeronautics | medicals | automotive | chemicals | micrography | mechanical tests | heat treatment
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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Présentation
Bases des traitements thermiques2. Métallurgie du titane
Le titane et ses alliages présentent une variété importante de phases en présence et de morphologies. Les propriétés d’emploi y sont fortement reliées. Avant d’aller plus loin dans l’étude des traitements thermiques, il convient de présenter quelques éléments fondamentaux de la métallurgie du titane.
2.1 Phases rencontrées dans les alliages de titane
Nous allons tout d’abord décrire les phases généralement présentes dans le cas du titane pur [6] représentatif, ainsi que les outils disponibles pour prévoir leur évolution avec les éléments d’addition ; cela nous amènera à rappeler la classification traditionnelle des alliages de titane. Enfin, nous citerons rapidement quelques phases particulières qui, bien que plus rares, peuvent prendre une grande importance.
HAUT DE PAGE
Au-dessus de 882 oC, et jusqu’à sa température de fusion (1 670 oC), le titane pur présente la structure stable à haute température, cubique centrée (0,332 nm de paramètre cristallin), qui est appelée phase β (figure ).
Au-dessous de 882 oC et donc au voisinage de l’ambiante, il a une structure hexagonale pseudo-compacte (appelée phase α), de paramètres a = 0,295 0 nm et c = 0,468 2 nm ; il s’ensuit que le rapport c/a, égal à 1,587, est notablement inférieur à la valeur théorique de 1,633 relative à la structure hexagonale compacte classique. La température de transition β ® α est appelée transus β (Tβ).
Par rapport aux autres métaux hexagonaux, tels que le zinc (c /a = 1,86) ou le magnésium (c /a = 1,624), le plan de base de la maille perd ainsi son privilège de plan atomique de plus grande densité, au profit des faces du prisme ou des plans pyramidaux (selon les éléments...
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