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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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Précautions à prendre lors des traitements thermiques des alliages de titane
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6. Traitements pour augmenter spécifiquement certaines propriétés d'emploi
Bien évidemment, les alliages de titane sont soumis, comme tous les métaux, à l'antinomie dureté/ténacité. Cependant, le compromis peut être plus ou moins à l'avantage d’une propriété, selon le traitement mis en œuvre, comme le montrent les quelques exemples suivants.
6.1 Ténacité
C'est le premier critère à prendre en compte car il évolue, globalement, à l'inverse de la résistance. Ainsi, le facteur d'intensité de contrainte K lc peut être relié à la charge de rupture (figure 32).
Une analyse plus fine permet de mettre en évidence l'effet de certains paramètres de traitement thermique sur la ténacité. Globalement, la structure aiguillée ou lamellaire (phase β transformée) est favorable, d'autant plus que la phase α primaire est en faible quantité : il est indéniable que la propagation des fissures est gênée par la juxtaposition des plaquettes α. A côté de la trempe depuis le domaine β, excellente en ténacité mais rejetée par manque d'allongement à rupture, il faut citer le recuit de recristallisation (haut du domaine α + β) qui assure un bon compromis. De même, les recuits multiples (voir tableau 4) améliorent la ténacité (sans adoucissement notable) par la stabilisation de la phase β qu'ils entraînent.
HAUT DE PAGE6.2 Résistance à la fatigue
Ce cas est plus complexe que le précédent car il fait intervenir :
-
la résistance à l'amorçage de la fissure, qui met en jeu l'état de surface et d'éventuels traitements superficiels (§ 5.5) en plus de la qualité propre du métal ;
-
la résistance à la propagation lente des criques, qui se rapproche de la ténacité (résistance à la propagation brutale) étudiée au paragraphe précédent ;
-
la nature du cycle imposé (nombre et forme des cycles).
Sans entrer dans le détail,...
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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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