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RÉSUMÉ
Le titane et ses alliages ont connu un essor récent, mais fulgurant, au cours de ces dernières années, et ce, dans quasi tous les secteurs d’activité. L’article vise à donner quelques éléments de métallurgie du titane, puis s’attache aux étapes de fabrication des demi-produits en passant en revue la métallurgie extractive, permettant de passer du minerai au métal de base, l’élaboration des alliages et la première transformation des lingots. A l’instar de la métallurgie des aciers, le recyclage a une place tout à fait remarquable dans l’élaboration des alliages et fait l’objet d’une partie dédiée.
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Yves COMBRES : General Manager China Ventures - AREVA-NP - Ugine Plant, UGINE France
INTRODUCTION
Le titane a été découvert relativement récemment. En effet, ce n’est qu’en 1790 que le révérend William Gregor trouva l’oxyde d’un élément inconnu, dans les sables noirs de la Côte de Cornouailles, présentant des propriétés magnétiques, mais il n’identifia pas le métal. Ce fut le chimiste allemand Klaproth qui le fit et le nomma « titane » en 1795, par référence aux « Titans » de la mythologie grecque. Ces minerais sont présents au Canada, États-Unis, Brésil, Norvège, Afrique du Sud, Inde, Chine, Australie, CEI…
Le titane a pour symbole Ti dans la classification périodique des éléments ; sa masse atomique est de 47,5 et son numéro atomique de 22. C’est un corps très répandu sur la terre, quatrième métal suivant l’ordre décroissant d’abondance dans l’écorce terrestre, il constitue 0,44 % de la masse de celle-ci, à comparer à 8 % pour l’aluminium, 5 % pour le fer et 2 % pour le magnésium.
L’obtention du métal à partir du minerai a nécessité une longue mise au point. En effet, il s’avère que sa métallurgie extractive est très délicate et impactante sur le plan environnemental par l’utilisation du chlore. Le métal ductile, et donc propre à la fabrication de pièces, n’a été obtenu qu’à partir de 1910. Cela explique les développements tardifs de ses applications industrielles qui n’ont débuté que vers 1950.
Du point de vue des propriétés spécifiques (propriété divisée par la masse volumique), les alliages de titane se placent avant les alliages d’aluminium et les aciers ; néanmoins, le prix de revient des pièces est élevé. Cela permet de comprendre leur développement important plutôt dans les domaines aéronautique, spatial et de l’armement. Le titane non allié possède une excellente tenue à la corrosion et une très grande souplesse de mise en forme : cela explique aussi des applications importantes dans le domaine de l’industrie chimique, des usines de dessalement d’eau de mer, des centrales nucléaires, de l'exploitation pétrolière off-shore et du génie civil (plaques d’ornement, protection de piles de pont…).
Les objectifs de cet article sont de présenter quelques éléments de métallurgie du titane, puis de s’attacher aux étapes de fabrication des demi-produits en passant en revue sa métallurgie extractive, son élaboration et sa première transformation.
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- Version archivée 1 de juin 1997 par Yves COMBRES
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Applications4. Métallurgie physique et les diverses classes d’alliage
4.1 Éléments de métallurgie physique
Le titane ultrapur possède une structure hexagonale pseudo-compacte dite phase α jusqu’à 882 °C. Au-dessus de cette température appelée transus β, la structure cristallographique devient cubique centrée, elle est nommée phase β. Au-delà de 1 660 °C, la phase β se transforme en une phase liquide qui rentre en ébullition à partir de 3 287 °C.
HAUT DE PAGE4.2 Classification des alliages de titane
La figure 20 présente l’effet des éléments d’addition :
-
certains augmentent le domaine de stabilité de la phase α : ils sont alors appelés alphagènes ;
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d’autres accroissent celui de la phase β, allant même jusqu’à stabiliser cette dernière complètement à la température ambiante : ce sont les éléments bêtagènes ;
-
les derniers enfin sont indifférents de ce point de vue : on les appelle les éléments neutres.
De façon classique, les éléments de faible rayon atomique se placent en insertion dans le réseau cristallographique (O, N, B, C et H) ; les autres se substituent aux atomes de titane (Al, Mo, V, Nb, Ta, Mn, Fe, Cr, Co, Zn, Sn…).
On peut dire que les effets des éléments d’alliage sur la stabilité respective des phases α et β sont, en première approximation, additifs. Les alliages obtenus sont affiliés aux classes suivantes selon la nature des phases présentes à la température ambiante à l’état d’utilisation :
-
α : constitués de 100 % de phase α ;
-
α + β : possédant des proportions éminemment variables de phase α et β ;
-
β contenant, quant à eux, 100 % de phase β.
La classe des alliages α + β est extrêmement vaste ; on a donc créé des sous-classes qui sont les suivantes :
-
quasi α : alliages possédant de la phase β à une teneur de quelques pour-cent (< 5 %) ;
-
α + β : alliages dont la teneur...
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Métallurgie physique et les diverses classes d’alliage
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PETRUNKO (A.N.) et al - * - . – * – TITAN, p. 5 à 7 (fév. 1995).
-
(2) - FISHER (G.T.), TRAUT (D.E.) - * - . – * – Proc. Ti’92. Froes et Caplan ed., TMS p. 2393 à 2400 (1993).
-
(3) - PAILLERE (P.), COHEN (J.) - * - . – * – Proc. Ti’88. Lacombe et al. ed., CNRS, p. 901 à 906 (1989).
-
(4) - ROSENBERG (H.W.), GREEN (J.E.) - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2371 à 2376 (1993).
-
(5) - YOSHIMURA et al - * - . – * – Proc. Ti’92. Froes et Caplan ed., TMS, p. 2459 à 2464 (1993).
-
(6) - WINAND (R.) et al - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2385 à 2392 (1993).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Il existe deux normes françaises :
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la norme AIR éditée par le ministère de la Défense ; elle se divise en la norme AIR 9182 « tôles de titane non alliées » et la norme AIR 9183 « barres, billettes, pièces forgées, coulées en alliage de titane » ;
-
une autre éditée par l’Association Française de Normalisation (AFNOR).
Le document de base des normes anglaises est le Standard Catalogue édité par le British...
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