Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Georges BROIHANNE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique de Poitiers (ENSMA) - Créateur de la Société TARAMM SA (Titane et Alliages Rares Micro‐Moulés)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les premières démonstrations d’un procédé industriel de fusion et de coulée du titane ont eu lieu aux États‐Unis en 1954, par fusion sous vide dans un four à arc à électrode consommable et coulée sous vide dans un moule usiné dans un bloc de graphite de haute densité. En France en 1968 par fusion sous vide par bombardement d’électrons et coulée dans un moule réalisé avec une poudre de graphite comprimée sur un modèle métallique.
En France, la perspective du développement de l’avion supersonique Concorde et du moteur militaire SNECMA M53 (de la Société Nationale d’Étude et de Construction de Moteurs d’Avions) a accéléré le développement de ce procédé pour des pièces de formes complexes devant travailler à des températures de l’ordre de 400 oC (donc interdisant les alliages d’aluminium).
La fonderie de titane se présente en effet comme un moyen économique d’obtention des formes complexes et, en particulier, des formes creuses impossibles à obtenir par forgeage ou usinage.
Il est possible, à l’heure actuelle, par le procédé de moulage dit à la cire perdue de réaliser en fonderie de titane presque toutes les formes habituelles des pièces réalisées en fonderie d’acier par le même procédé.
Les pièces réalisées ont des masses variant de quelques grammes à quelques centaines de kilogrammes. Les épaisseurs minimales sont de l’ordre du millimètre et peuvent encore être réduites à quelques dixièmes de millimètre par usinage chimique fluonitrique.
La technique du noyautage, pour l’obtention de canaux de grande longueur par rapport à leur diamètre, est cependant encore en développement et impose des limitations (à examiner cas par cas par le client et le fondeur).
Les caractéristiques mécaniques statiques obtenues sur pièces de fonderie en alliages de titane sont très proches de celles des pièces forgées. Pour l’alliage TA6V, le plus utilisé, la résistance minimale à la traction est de l’ordre de 880 MPa, la limite d’élasticité de l’ordre de 780 MPa et l’allongement à la rupture de l’ordre de 8 %.
La santé métallurgique interne des pièces est considérablement améliorée par l’emploi du compactage isostatique à chaud qui consiste à densifier les pièces en les soumettant à une pression d’argon d’environ 1 000 bar (rappelons que 1 bar = 105 Pa) à une température de l’ordre de 920 oC pendant 2 h (pour le TA6V). Il en résulte une amélioration des propriétés de fatigue des pièces qui se rapprochent alors de celles des pièces obtenues par corroyage.
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3. Méthodes de moulage
3.1 Moulage en graphite à modèle permanent
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Principe (figure 6)
Cette méthode s’apparente au moulage en sable traditionnel. Une poudre de graphite est pressée au fouloir pneumatique ou à la presse hydraulique contre un demi‐modèle en bois, en résine ou en métal. Cette poudre de graphite a été auparavant mélangée avec un liant organique qui provoque la prise en masse du graphite au bout de quelques minutes à froid, ou à une température de 200 à 300 oC (dans ce dernier cas, il s’agit d’une résine thermodurcissable). Le démoulage de la motte de graphite portant l’empreinte du modèle est alors possible. L’opération de remmoulage consiste ensuite à assembler les différentes mottes de graphite pour constituer le moule complet, qui peut dans certains cas être cuit sous vide ou sous atmosphère réductrice à environ 1 000 oC afin d’éliminer tous les éléments du liant susceptibles de réagir avec le titane.
La coulée du titane et des alliages de titane s’effectue dans des moules généralement à la température ambiante. Étant donné la bonne conductivité thermique de tels moules en graphite, la solidification rapide limite l’épaisseur de la couche contaminée par le carbone et l’oxygène.
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Domaine d’utilisation
Ce procédé de moulage est surtout adapté à la fabrication de grosses pièces pour lesquelles on n’exige pas de grandes précisions dimensionnelles ni de bons états de surface. Un des domaines d’application privilégié est l’industrie chimique : fabrication de corps de vannes et de pompes devant résister à des liquides agressifs.
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Avantages et inconvénients
Les outillages peu onéreux (surtout s’ils sont en bois) permettent d’envisager, par ce procédé, de très petites séries. Ce procédé ne permet pas l’obtention de toiles fines (minimum 4 à 5 mm d’épaisseur) même si on peut forcer le remplissage par une centrifugation du moule pendant la coulée. Ce procédé de moulage est le plus économique et permet la réalisation de pièces de quelques centaines de kilogrammes.
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Méthodes de moulage
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GARNIER (M.), PAILLERE (P.) - La coulée 4C : une première mondiale en électrothermie dans la région Rhône‐Alpes. - Journal français de l’Électrothermie no 38 mars/avril 1989.
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(2) - * - Les conférences internationales sur le titane (qui ont lieu tous les 4 ans) font l’objet de comptes rendus très détaillés dont certains concernent la fonderie.
ANNEXES
CARAYON (G.-A.) - Influence et optimisation des paramètres de coulée du titane en odontologie : caractérisation des pièces coulées. - Nice (1997).
STREIFF (E.) - Contribution à l'étude métallurgique du moulage de précision de petites pièces en titane et en TI-6AL-4V. - INSA Rennes (1997).
HAUT DE PAGE2.1 Association Française de Normalisation (AFNOR)
NF S 94‐080-3 - 1‐97 - Implants chirurgicaux. Alliage de titane TA6V. Partie 3 : produits semi‐finis obtenus par moulage. - -
HAUT DE PAGE2.2 American Society for Testing and Materials (ASTM)
B 367‐93...
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