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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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Lire l’articleAuteur(s)
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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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Traitements d'adoucissement
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4. Traitements de durcissement
Le premier objectif recherché (principalement pour un gain de masse à même résistance) est l'augmentation des caractéristiques mécaniques. Les traitements thermiques vont trouver là leur domaine de prédilection, d'autant plus qu'ils s'appliqueront à un alliage riche en éléments stabilisant la phase β (§ 2.3.1).
De façon classique, ils comprennent un chauffage, suivi d'une trempe, puis un revenu (tableau 3). Certains traitements particuliers seront décrits ultérieurement (§ 4.2).
4.1 Chauffage avant trempe et revenu (mise en solution)
Le durcissement obtenu lors du revenu dépend essentiellement de la quantité et de l'instabilité des phases β et/ou α' présentes après trempe. Pour un alliage donné, cela dépend donc du cycle thermique suivi, c'est-à-dire, d'une part du temps et de la température de maintien avant trempe, d'autre part de la cinétique de refroidissement ; celle-ci est à son tour fonction de la taille et de la forme des produits à tremper et du mode de trempe utilisé (fluide de refroidissement, temps morts, agitation, etc.).
Plusieurs paramètres doivent donc faire l'objet d'un choix :
-
les conditions de mise en solution (température, temps) ;
-
la cinétique de refroidissement (temps de transfert et milieu de trempe).
La cinétique de refroidissement a une influence d'autant plus marquée sur les propriétés finales que la trempabilité...
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Traitements de durcissement
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 -
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Aerospace Materials Specifications (AMS). Titanium alloys. - AMS 4 900 à AMS 4 998 -
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