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.
L'expertise technique et scientifique de référence
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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Augmentation sélective des propriétés5. Traitements d’adoucissement
Ce vocable peut recouvrir, en fait, plusieurs traitements selon l’objectif visé. Si l’on veut une simple détente des contraintes sans perte importante de caractéristiques mécaniques, le problème se ramènera au choix d’un compromis judicieux temps-température.
Au contraire, si l’on recherche l’adoucissement maximal, on s’orientera vers le retour à l’équilibre structural, généralement par recuit, parfois par un sur-revenu.
5.1 Détente des contraintes
La fabrication de pièces en alliages de titane (usinage, soudage, etc.) de même que le traitement thermique lui-même (trempe rapide) peuvent engendrer des contraintes résiduelles, génératrices de déformations en service.
Un traitement de recuit serait un remède efficace, mais peut se révéler impossible (dégradation des caractéristiques dimensionnelles ou de l’état de surface sur pièces finies) ou néfaste (adoucissement trop important dans le cas d’un métal traité).
Le traitement de détente des contraintes consiste alors généralement en un maintien plus ou moins long dans le domaine des basses températures où la microstructure évolue peu, suivi d’un refroidissement à l’air. Les conditions de traitement varient d’un alliage à l’autre, depuis 480 oC jusqu’à 800 oC et de 0,25 h à 8 h, les temps les plus longs étant associés aux températures les plus basses et vice versa. La température moyenne de 550 oC est la plus employée : on peut rester au-dessous de cette température pour le titane non allié et la plupart des alliages α + β ; il faut atteindre 600 oC pour les alliages résistant à chaud et 750 à 780 oC pour les alliages β métastables.
Il convient cependant d’éviter que ce traitement n’induise des transformations indésirables, telles que précipitations ou fragilisations sous contraintes dans les alliages α + β ou β . Il doit être omis pour les alliages dont la résistance mécanique a été obtenue par écrouissage. Pour certaines pièces aux tolérances serrées, il est recommandé de pratiquer un traitement de détente entre l’ébauchage...
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