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RÉSUMÉ
Les excellents compromis densité/propriétés mécaniques/résistance à la corrosion des alliages de titane en ont fait de très bons candidats pour un grand nombre d’applications, notamment dans le secteur aéronautique et spatial. Dans le cas de ces alliages, le recours aux traitements thermomécaniques et thermiques est systématique afin d’optimiser les performances et d’adapter sa microstructure à l’usage. Cet article recense les notions de base sur la fabrication des demi-produits et des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage, ainsi que les techniques de pointe comme le gonflage superplastique, la métallurgie des poudres, la fonderie et la fabrication additive.
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Due to their excellent compromise between density, mechanical properties and corrosion resistance, titanium alloys are optimal candidates for many applications, particularly in the aeronautical and space areas. For these alloys, thermal and thermomechanical treatments are systematically used in order to optimize the performances and adapt the microstructure to the desired use. This article lists the fundamentals for the manufacture of semi-finished products and finished products by forging, rolling, extrusion, wire drawing and drawing, as well as state-of-the-art techniques such as superplastic bulging, powder metallurgy, casting and additive manufacturing.
Auteur(s)
-
Yves COMBRES : Docteur en Sciences et Génie des Matériaux - Directeur des Grands Projets Industriels - Framatome – BU Combustible – Division des Opérations Composants, Paris, France
INTRODUCTION
Le titane et ses alliages offrent de nombreux avantages comparés à d’autres métaux du fait de leur excellent compromis densité/propriétés mécaniques/résistance à la corrosion. Le coût des pièces est toutefois élevé. Cela restreint leurs domaines d’application au secteur aéronautique et spatial (disques de moteurs d’avion, certains trains d’atterrissage, carters, éléments de voilure, etc.). 70 % du marché consiste en des produits longs destinés à être matricés ou moulés après fusion ; les 30 % restants sont surtout des produits plats pour l’emboutissage, le gonflage superplastique, ou l’assemblage par soudage.
Nous aborderons principalement l’obtention de formes en alliage de titane par des techniques de déformation plastique et introduirons les techniques nécessitant l’apport de métal liquide telles que le moulage, ou le soudage détaillées par ailleurs.
À l’instar de celles d’autres systèmes d’alliages, les propriétés d’emploi des alliages de titane sont extrêmement dépendantes de la microstructure. Ainsi, afin d’obtenir la meilleure nuance pour une application donnée et d’optimiser les caractéristiques mécaniques, on a toujours recours à des traitements thermomécaniques et thermiques dans les diverses étapes de fabrication. Le but est d’obtenir non seulement la forme finale de la pièce, mais aussi la microstructure adaptée au cahier des charges des propriétés mécaniques.
L’objectif de cet article est donc de fournir aux utilisateurs potentiels du titane et de ses alliages les notions de base sur la fabrication des demi--produits et des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage, gonflage superplastique ou métallurgie des poudres.
Pour ce faire, ce texte est divisé en quatre parties. Tout d’abord, la métallurgie du titane (phases en présence, morphologie, etc.) est brièvement rappelée ainsi que les évolutions microstructurales dynamiques et statiques. Puis on présente la fabrication des demi-produits. Ensuite, on aborde la fabrication des produits finis et enfin, on introduit la mise en forme nécessitant l’apport de métal liquide.
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KEYWORDS
thermal treatment | thermomechanics | titanium | forming
VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1999 par Yves COMBRES
- Version archivée 2 de déc. 2010 par Yves COMBRES
DOI (Digital Object Identifier)
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Mise en forme nécessitant l’état liquide
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3. Mise en forme de pièces finies à l’état solide
À partir des demi-produits à base de titane précédemment élaborés, on fabrique des pièces finies. L’objectif est d’obtenir, outre la forme ayant les cotes les plus proches possible des cotes finales de la pièce, une microstructure qui conditionne les propriétés mécaniques.
Pour les pièces massives, on utilise le forgeage, pour les pièces minces, l’emboutissage voire le gonflage superplastique ou la métallurgie des poudres.
3.1 Forgeage
Selon les propriétés d’usage finales, les demi-produits précédemment fabriqués sont forgés, soit au-dessus du transus (forgeage β), soit au-dessous.
HAUT DE PAGE
Le forgeage libre consiste à déformer la pièce entre deux tas plats froids. Les échanges de chaleur à l’interface pièce/outil sont assez importants, ce qui fait que des différences de température cœur/bord importantes sont engendrées. Cela peut conduire à l’apparition de fissures en surface.
HAUT DE PAGE3.1.2 Forgeage en matrice fermée
Le matriçage des alliages de titane reste la voie principale de fabrication des pièces, notamment dans le domaine de l’aéronautique et de l’aérospatial.
HAUT DE PAGE3.1.2.1 Choix de la température des matrices
Le forgeage isotherme, qui requiert des matrices à la même température que la pièce à forger, peut être appliqué, mais la durée de vie des matrices peut être réduite par une utilisation à très haute température. Sachant que les pertes de chaleur à la surface de la pièce peuvent être limitées, dans une large mesure, par l’utilisation de matrices chaudes – donc à une température inférieure à celle de la pièce – on peut quand même garantir...
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Mise en forme de pièces finies à l’état solide
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - DONACHIE (M.J.) - Titanium: a technical guide. - Jr Ed. ASM international (1988).
-
(2) - COMBRES (Y.) - Actes du colloque SF2M. - (S-O) (1994).
-
(3) - COMBRES (Y.) et al - Rhéologie de diverses morphologies d'alliages de titane Ti-6Al-4V dans le domaine de la mise en forme à chaud. - Revue française de Métallurgie, p. 225-236 (1992).
-
(4) - TAKAHASHI (K.) et al - Évolutions structurales de diverses morphologies d'alliage de titane Ti-6Al-4V au cours de la mise en forme à chaud. - Revue française de Métallurgie, p. 599-610 (1993).
-
(5) - DAJNO (D.) - Rhéologie globale et structurale des alliages de titane TA6V et β-CEZ dans les domaines α + β et β. - Thèse ENSMSE (1991).
-
(6) - COME...
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