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RÉSUMÉ
Les principes de base de la métallurgie des alliages de titane sont présentés, avec les différentes classes d'alliages et les évolutions statiques des diverses phases en présence. Positionnant les traitements thermiques dans la mise en oeuvre des produits, cet article couvre les aspects fondamentaux qui gèrent les traitements d'adoucissement et de durcissement. Les moyens de favoriser plus spécifiquement une propriété particulière sont mis en évidence et les pratiques industrielles sont présentées.
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The basic principles of the metallurgy of titanium alloys are presented with the different classes of alloys and the static evolutions of the various phases. This article presents heat treatments in the implementation of products and covers the fundamental aspects which rule softening and hardening treatments. The means in which to, more specifically, favor a particular property is highlighted and industrial practices presented.
Auteur(s)
-
Yves COMBRES : Ingénieur Civil des Mines, Docteur en Science & Génie des Matériaux - Directeur des Partenariats Chine à CEZUS
INTRODUCTION
L’élément titane, Ti dans la classification périodique des éléments, a été découvert en 1790. Cependant, la difficulté de sa métallurgie extractive n’a permis un démarrage industriel que dans les années 50. Le titane et ses alliages présentent des caractéristiques attrayantes (densité faible, bonne tenue à la corrosion, caractéristiques mécaniques élevées, transformation par les procédés conventionnels, amagnétisme…).
Principalement utilisés dans les industries chimiques et aéronautiques, le titane et ses alliages ont aussi d’importantes applications dans le secteur médical de par leur biocompatibilité, et des modules d’Young pouvant être assez bas (70 GPa) et assez proches de celui des tissus osseux. Dans les étapes de mise en œuvre du titane et de ses alliages, les traitements thermiques tiennent une place tout à fait prépondérante.
Après avoir posé les principes de base de la métallurgie des alliages de titane, et notamment les différentes classes d’alliages, il est nécessaire de caractériser les évolutions statiques des diverses phases pendant ces traitements. Cela permet d’introduire les notions d’adoucissement et de durcissement, et donc de tenter de favoriser plus spécifiquement une propriété mécanique. Enfin, les aspects pratiques de la réalisation industrielle se doivent d’être présentées.
Le lecteur se reportera utilement aux articles [M 4 780] [M 3 160].
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MOTS-CLÉS
métallurgie aéronautique médical automobile chimie micrographie essais mécaniques traitement thermique
KEYWORDS
metallurgy | aeronautics | medicals | automotive | chemicals | micrography | mechanical tests | heat treatment
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1983 par Bernard CHAMPIN, Bernard DE GÉLAS
- Version archivée 2 de avr. 1995 par Yves COMBRES, Bernard CHAMPIN
DOI (Digital Object Identifier)
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Bases des traitements thermiques des alliages de titane
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2. Quelques éléments de la métallurgie du titane
Le titane et ses alliages présentent une variété importante de phases en présence et de morphologies. Les propriétés d'emploi y sont fortement reliées.
2.1 Phases rencontrées dans les alliages de titane
Nous décrirons tout d'abord les phases généralement présentes dans le cas du titane pur représentatif , ainsi que les outils disponibles pour prévoir leur évolution avec les éléments d'addition ; cela nous amènera à rappeler la classification traditionnelle des alliages de titane. Enfin, nous citerons rapidement quelques phases particulières qui, bien que plus rares, peuvent prendre une grande importance.
HAUT DE PAGE
Au-dessus de 882 °C, et jusqu'à sa température de fusion (1 670 °C), le titane pur présente la structure stable à haute température, cubique centrée (c.c.) (0,332 nm de paramètre cristallin), appelée phase β (figure 1).
Au-dessous de 882 °C et donc au voisinage de l'ambiante, il a une structure hexagonale pseudo-compacte, appelée phase α, de paramètres a = 0,295 nm et c = 0,468 nm. Le rapport c/a, égal à 1,587, est notablement inférieur à la valeur théorique de 1,633 relative à la structure hexagonale compacte classique (h.c.). La température de transition β → α est appelée transus β (Tβ).
Par rapport aux autres métaux hexagonaux, tels que le zinc (c/a = 1,86) ou le magnésium (c/a = 1,624), le plan de base de la maille perd ainsi son privilège de plan atomique de plus grande densité, au profit des faces du prisme ou des plans pyramidaux (selon les éléments d'alliages). La multiplicité des plans de glissement ou de maclage qui en résulte explique la ductilité relativement importante du titane par rapport aux autres métaux hexagonaux.
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Quelques éléments de la métallurgie du titane
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CHAUDRON (G.) - Monographies sur les métaux de haute pureté - Tome II Masson (1977).
-
(2) - Military handbook titanium and titanium alloys - MIL-DBK-697 A (1974).
-
(3) - SERAPHIN (L.) - Réponse des alliages de titane aux traitements thermiques - Mém. Sci. Rev. Metal. (F) 62 n° 4, p. 291-304 (avr. 1965).
-
(4) - SYRE (R.) - Caractérisation, sélection et utilisation des alliages de titane - AGARD-LS-51-71 p. 7-1 à 7-23 ONERA.
-
(5) - CROSSLEY (F.A.) - Titanium rich end of the titanium equilibrium diagram - Trans. TMS AIME (USA) 236 p. 1174-85 (1966).
-
(6) - MANOUBI (T.) - Évolution structurale de l'alliage de titane 685 - Thèse Paris Sud Orsay (5 juil. 1978).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Traitements thermiques du titane et de ses alliages
-
...
NORMES
-
Military Specification (MIL). Heat treatment of titanium and titanium alloys. - MIL-H-81200 A -
-
Aerospace Materials Specifications (AMS). Titanium alloys. - AMS 4 900 à AMS 4 998 -
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