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RÉSUMÉ
Les compositions chimiques et les morphologies de microstructure du titane, et de ses alliages, sont extrêmement variées. Il en découle un grand nombre de propriétés, résistance à la corrosion, à l’érosion et au feu, biocompatibilité, mais aussi des performances mécaniques excellentes, comparables à celles de l’acier, parmi elles la ductilité, la résistance, et la ténacité. Le développement des applications en aéronautique, aérospatial et chimique s’explique également par la précision, la légèreté et la souplesse des pièces mises en forme.
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The chemical compositions and microstructural morphologies of titanium and its alloys are extremely varied. They thus present a large variety of properties such as resistance to corrosion, erosion and fire, biocompatibility, as well as excellent mechanical performances, comparable to those of steel, including ductility, resistance, and toughness. The development of their applications in aeronautics, aerospace and the chemical sector is justified by the precision, lightness and flexibility of the formed parts.
Auteur(s)
-
Yves COMBRES : Ingénieur civil des Mines - Docteur en science et génie des matériaux - Ingénieur de recherche à CEZUS
INTRODUCTION
Ce n’est qu’en 1790 que l’élément titane (Ti dans la classification périodique des éléments) a été découvert par le moine anglais Gregor. Cependant, sa métallurgie extractive étant très difficile, il a fallu attendre les années 1940 pour que des solutions exploitables industriellement soient établies. La généralisation du procédé d’extraction du Ti pur par la méthode Kroll a permis un démarrage de l’industrie du titane vers 1950.
On peut schématiquement séparer les propriétés du titane et de ses alliages en deux classes :
-
celle conditionnée par la nature de sa surface : la résistance à la corrosion est en effet excellente et, associée à une bonne souplesse de mise en œuvre, elle permet une utilisation croissante dans l’industrie chimique notamment ;
-
celle des propriétés mécaniques qui sont élevées et d’un niveau comparable aux aciers ; comme la densité est en revanche plus faible, les alliages de titane sont des matériaux de choix dans l’aéronautique en particulier.
Ce sont ces deux classes qui vont induire les applications présentées au paragraphe 5.
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Mise en œuvre des alliages de titane
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3. Propriétés mécaniques
Comme nous l'avons vu dans le paragraphe 1, la multiplicité des combinaisons chimiques ainsi que les différentes morphologies de microstructures permettent d'obtenir une variété extrêmement importante de propriétés mécaniques. Plutôt qu'une succession de tableaux longue et fastidieuse, nous donnons ci-après quelques principes généraux qui pourront guider l'utilisateur dans la sélection des matériaux.
3.1 Influence des éléments d'addition
Il faut distinguer entre les éléments intersticiels et les éléments de substitution.
-
Pour les éléments en insertion :
-
H, β-gène, n'a pas d'influence sur les propriétés mécaniques, il intervient de façon détournée par la précipitation sous forme d'hydrures, et la baisse de ductilité qui en découle ; quelques % de phase β piègent H et empêchent toute précipitation d'hydrure (par exemple : solubilité égale à 19 ppm masse dans le T40 et 800 à 1 000 ppm masse dans le TA6V) ;
-
B, α-gène, améliore le module d'élasticité ;
-
O, α-gène, durcit la phase α ; de façon corollaire, la ductilité du matériau décroît ;
-
N, α-gène, a un rôle similaire à celui de l'oxygène (augmentation de la résistance mécanique et baisse de ductilité) ;
-
C, α-gène, a une influence identique à celle de l'oxygène et de l'azote ; la ductilité baisse dès que l'on atteint les 1 000 ppm masse. Malgré tout, il reste un candidat digne d'intérêt, dès lors que des compromis corrosion/tenue haute température sont recherchés.
-
-
Pour les éléments en substitution :
-
Al, α-gène, durcit...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DONACHE (M.J. Jr Ed.) - ASM international - Titanium : A technical Guide (1988).
-
(2) - Proceedings 4th World conference on Titanium - 4 volumes. Kimura & Izumi Eds, AIME (1980).
-
(3) - Proceedings 5th World conference on Titanium - 4 volumes. Lüetjering et al. Eds, DGM (1985).
-
(4) - Proceedings 6th World conference on Titanium - 4 volumes. Lacombe et al. Eds, Éditions de CNRS (1989).
-
(5) - Proceedings 7th World conference on Titanium - 4 volumes. Froes & Caplan Eds, TMS (1994).
-
(6) - Proceedings 8th World conference on Titanium - 3 volumes. Blenkinsop et al. Eds, The Institute of metals (1996).
-
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