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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
DOI (Digital Object Identifier)
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Traitements pour augmenter spécifiquement certaines propriétés d'emploi
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5. Traitements d'adoucissement
Ce terme peut recouvrir, en fait, plusieurs traitements selon l'objectif visé. Si l'on veut une simple détente des contraintes sans perte importante de caractéristiques mécaniques, le problème se ramène au choix d'un compromis judicieux temps-température.
Au contraire, si l'on recherche l'adoucissement maximal, on s'oriente vers le retour à l'équilibre structural, généralement par recuit, parfois par un sur-revenu.
5.1 Détente des contraintes
La fabrication de pièces en alliages de titane (usinage, soudage, etc.) de même que le traitement thermique lui-même (trempe rapide) peuvent engendrer des contraintes résiduelles, génératrices de déformations en service.
Un traitement de recuit serait un remède efficace, mais peut se révéler impossible (dégradation des caractéristiques dimensionnelles ou de l'état de surface sur pièces finies, même si dans ce cas l’emploi de fours sous vide limite les inconvénients) ou néfaste (adoucissement trop important dans le cas d'un métal traité).
Le traitement de détente des contraintes consiste alors généralement en un maintien plus ou moins long dans le domaine des basses températures (où la microstructure évolue peu), suivi d'un refroidissement à l'air. Les conditions de traitement varient d'un alliage à l'autre, depuis 480 °C jusqu'à 800 °C et de 0,25 h à 8 h, les temps les plus longs étant associés aux températures les plus basses et vice versa. La température moyenne de 550 °C est la plus employée ; on peut rester au-dessous de cette température pour le titane non allié et la plupart des alliages α-β, il faut atteindre 600 °C pour les alliages résistant à chaud et 750 à 780 °C pour les alliages β métastables.
Il convient cependant d'éviter que ce traitement n'induise des transformations indésirables, telles que précipitations ou fragilisations sous contraintes dans les alliages α-β ou β (§ 7.3...
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Traitements d'adoucissement
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).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Traitements thermiques du titane et de ses alliages
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...
NORMES
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Military Specification (MIL). Heat treatment of titanium and titanium alloys. - MIL-H-81200 A -
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Aerospace Materials Specifications (AMS). Titanium alloys. - AMS 4 900 à AMS 4 998 -
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