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Yves COMBRES : Docteur en sciences et génie des matériaux - Ingénieur civil des Mines - Chef de service Fusion-Forge à CEZUS
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le titane et ses alliages offrent de nombreux avantages comparés à d’autres métaux du fait de leur excellent compromis propriétés mécaniques/résistance à la corrosion. Un de leurs domaines d’application privilégiés est le secteur aéronautique et spatial (disques de moteurs d’avion, train d’atterrissage, carters, éléments de voilure...). 70 % du marché consiste en des produits longs destinés à être matricés ; les 30 % restants sont surtout des produits plats pour l’emboutissage ou le gonflage superplastique.
Au moins autant, sinon plus, que pour tout autre système d’alliage, les propriétés d’emploi des alliages de titane sont extrêmement dépendantes de la microstructure. Ainsi, afin d’obtenir la meilleure nuance pour une application donnée et d’optimiser les caractéristiques mécaniques, on a toujours recours à des traitements thermomécaniques et thermiques dans les étapes de fabrication. Le but est d’obtenir non seulement la forme finale de la pièce, mais aussi la microstructure adaptée au cahier des charges des propriétés mécaniques.
L’objectif de cet article est donc de fournir aux utilisateurs potentiels du titane et de ses alliages des notions de base sur la fabrication des demi-produits ou des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage et gonflage superplastique. Pour ce faire, ce texte sera divisé en trois parties. Tout d’abord, la métallurgie du titane (phases en présence, morphologie...) sera brièvement rappelée ainsi que les évolutions microstructurales dynamiques et statiques. Puis sera présentée la fabrication des demi-produits. Enfin, on abordera la fabrication des produits finis.
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- Version archivée 2 de déc. 2010 par Yves COMBRES
- Version courante de janv. 2023 par Yves COMBRES
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2. Fabrication des demi-produits
Les demi-produits à base de titane consistent en des barres de section ronde obtenues par forgeage, laminage ou filage, et en des produits plats obtenus par laminage. Le forgeage est actuellement la technique qui permet de transformer le lingot en un produit semi-ouvré retransformable ultérieurement ; il est donc commun à tous les demi-produits.
2.1 Objectifs microstructuraux du forgeage des lingots
Le forgeage des lingots vise à obtenir des barres ou des plats présentant une macrostructure fine et homogène et une microstructure fine et homogène, le tout étant exempt de défauts.
Par macrostructure, il faut comprendre le réseau formé par les joints des ex-grains β. Par microstructure, il faut entendre la distribution et la finesse des globules de phase α. Les défauts types sont les reliquats de retassure, les joints des grains β décorés de phase α non brisée, les décohésions...
On peut contrôler par ultrasons que les trois conditions précédentes sont satisfaites et donc ainsi s’assurer de la qualité des demi-produits qui sont alors bons à être transformés en produits finis.
HAUT DE PAGE2.2 Choix des conditions de forgeage
La figure 6 présente schématiquement la structure du lingot après fusion. Celui-ci pèse typiquement de 1 à 10 t et a un diamètre de 300 à 1 100 mm. Les deux extrémités (tête et pied), ainsi que la surface latérale, sont constituées de grains équiaxes (quelques millimètres) à cause des refroidissements très rapides au contact du creuset refroidi à l’eau ; le centre présente des zones basaltiques assez grossières (quelques centimètres). À l’intérieur des grains équiaxes ou des grains basaltiques, on retrouve une morphologie de type lamellaire ; dans les grains équiaxes, les lamelles sont plus fines et enchevêtrées alors que les grains basaltiques présentent plutôt un aspect de larges zones à platelets parallèles.
La figure 7 montre l’évolution de la contrainte d’écoulement avec la température pour diverses vitesses de déformation pour une morphologie lamellaire. Les courbes contrainte-déformation présentent souvent un pic pour les très faibles...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DONACHIE (M.J.) - Titanium : a technical guide - Jr Ed. ASM international (1988).
-
(2) - COMBRES (Y.) - Actes du colloque SF2M - (S-O) (1994).
-
(3) - COMBRES (Y.) et al - Revue française de Métallurgie - p. 225-236 (1992).
-
(4) - TAKAHASHI (K.) et al - Revue française de Métallurgie - p. 599-610 (mai 1993).
-
(5) - DAJNO (D.) - Rhéologie globale et structurale des alliages de titane Ti6Al4V et β-CEZ dans les domaines α + β et β - Thèse ENSMSE (1991).
-
(6) - COME (N.) - Déformation à chaud et évolutions microstructurales des alliages de titane Ti6Al4V et β-CEZ dans le domaine β - Thèse ENSMN (1991).
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