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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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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
VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 1983 par Bernard CHAMPIN, Bernard DE GÉLAS
- Version archivée 2 de avr. 1995 par Yves COMBRES, Bernard CHAMPIN
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Quelques éléments de la métallurgie du titane
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1. Rôle des traitements thermiques
Avant d'aborder en détail les principes des traitements thermiques des alliages de titane, il paraît utile d'introduire le plan adopté ici, en considérant tout d'abord les objectifs recherchés et, par voie de conséquence, les différents types de traitements envisagés.
En parallèle, il est bon de situer les traitements thermiques dans la gamme de mise en œuvre des alliages de titane, et surtout leur importance en regard des autres étapes de fabrication, notamment des traitements thermomécaniques, non développés ici, et dont l'influence sur les microstructures, donc sur les propriétés mécaniques, est grande.
1.1 Objectifs des traitements thermiques
Les traitements thermiques ayant des objectifs variés en fonction des applications visées, différentes catégories peuvent être envisagées :
-
traitements de durcissement, pour accroître la résistance et la tenue au fluage des alliages de titane et donc augmenter l'éventail de leurs applications, principalement aéronautiques (§ 4) ;
-
traitements d'adoucissement, pour faciliter la mise en forme et améliorer la stabilité dimensionnelle ou structurale (§ 5) ;
-
traitements d'amélioration spécifique de certaines propriétés d'emploi (ténacité, fatigue, fluage, corrosion sous contrainte, usure et grippage), pour répondre aux exigences de sécurité (§ ...
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Rôle des traitements thermiques
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
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...
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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