Évolutions microstructurales dynamiques et statiques
Mise en forme des alliages de titane

1.1 Rappels sur la métallurgie des alliages de titane

On peut brièvement rappeler que le titane ultrapur possède une structure hexagonale pseudo-compacte dite phase α jusqu’à 882 ^oC. Au-dessus de cette température, appelée transus β (T_β), la structure cristallographique devient cubique centrée et est nommée phase β. Les effets des éléments d’addition sont, en première approximation, additifs, et ils augmentent ou abaissent la valeur du transus. Les alliages obtenus sont affiliés aux classes suivantes, selon la nature des phases présentes à l’ambiante à l’état d’utilisation :

• classe α : les alliages sont constitués de 100 % de phase α ;

• classe α + β : les alliages possèdent des proportions éminemment variables de phases α et β ;

• classe β : les alliages sont constitués, quant à eux, de 100 % de phase β.

On se rend compte que la classe des alliages α + β est extrêmement vaste. On a donc créé des sous-classes, distinguées par la proportion de phase β à l’équilibre et qui sont les suivantes :

• classe quasi-α : alliages possédant une teneur en phase β de quelques pour-cent (< 5 %) ;

• classe α + β : alliages dont la teneur en phase β est comprise entre 5 et 20 %, retenant une phase métastable (α’) par refroidissement ultrarapide ;

• classe β riche : alliages susceptibles de retenir une phase métastable à l’ambiante par refroidissement très rapide (α’ ou βm) qui se transformera, par traitement thermique, en phases α et β avec des teneurs de phase β à l’équilibre voisines de 20 à 25 % ;

• classe β métastable : alliages pouvant retenir de la phase β métastable à l’ambiante par refroidissement moyennement rapide, cette dernière se transformant en phases α et β stables avec 25 à 35 % de phase β.

Il importe de connaître la valeur du transus avec précision, car c’est par rapport à elle que tous les traitements thermomécaniques sont conçus.

Pour un alliage de type α ou α + β, un refroidissement rapide de la phase β conduit à une structure aiguillée fine (morphologie aiguillée). Quand la vitesse de refroidissement diminue, le diamètre des aiguilles augmente, puis les aiguilles se transforment en lamelles d’épaisseurs de plus...