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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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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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VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1999 par Yves COMBRES
- Version archivée 2 de déc. 2010 par Yves COMBRES
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Conclusion
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4. Mise en forme nécessitant l’état liquide
4.1 Fonderie
Le § 3 présentait l’obtention de formes par action thermomécanique à l’état solide (continu ou divisé) d’alliages de titane. Nous abordons ici la réalisation de géométries complexes par le refroidissement dans un moule de métal liquide : la fonderie.
Nous en rappelons ici les principales caractéristiques qui sont détaillées par ailleurs [M 825].
Le procédé de moulage dit à la cire perdue permet de réaliser en fonderie de titane quasi les mêmes pièces que celles en acier. Elles ont des masses comprises entre quelques grammes à quelques centaines de kilogrammes.
La santé métallurgique interne des pièces s’est considérablement améliorée par l’emploi du compactage isostatique à chaud sous une pression d’argon d’environ 1 000 bar à 920 °C pendant 2 h (pour le TA6V).
HAUT DE PAGE4.1.1 Challenges liés aux propriétés du titane
La réactivité du titane liquide vis-à-vis de la plupart des gaz, dont l’oxygène, des métaux, du carbone et des matériaux réfractaires impose de surmonter deux obstacles majeurs :
-
le choix de la méthode de fusion, étant donné le risque de réaction du métal liquide (1 800 à 2 000 °C)...
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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 (N.) - Déformation...
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