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RÉSUMÉ
Les excellents compromis densité/propriétés mécaniques/résistance à la corrosion des alliages de titane en ont fait de très bons candidats pour un grand nombre d’applications, notamment dans le secteur aéronautique et spatial. Dans le cas de ces alliages, le recours aux traitements thermomécaniques et thermiques est systématique afin d’optimiser les performances de l’alliage et d’adapter sa microstructure à l’usage. Cet article recense les notions de base sur la fabrication des demi-produits et des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage, ainsi que les techniques de pointe comme le gonflage superplastique et la métallurgie des poudres.
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Yves COMBRES : Docteur en Sciences et Génie des Matériaux - Ingénieur civil des Mines
INTRODUCTION
Le titane et ses alliages offrent de nombreux avantages comparés à d'autres métaux du fait de leur excellent compromis densité/propriétés mécaniques/résistance à la corrosion. Un de leurs domaines d'application privilégiés est le secteur aéronautique et spatial (disques de moteurs d'avion, trains d'atterrissage, carters, éléments de voilure...). 70 % du marché consiste en des produits longs destinés à être matricés ou moulés après fusion ; les 30 % restants sont surtout des produits plats pour l'emboutissage, le gonflage superplastique (étudié dans [M 613]), ou l’assemblage par soudage.
Nous limiterons ici volontairement notre propos à l’obtention de formes en alliage de titane par des techniques de déformation plastique et laisserons de côté les techniques de moulage, soudage, ou usinage, présentées par ailleurs [M 557].
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 diverses 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 les notions de base sur la fabrication des demi-produits et des produits finis par forgeage, laminage, filage, tréfilage, emboutissage, gonflage superplastique ou métallurgie des poudres [M 860].
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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VERSIONS
- Version archivée 1 de mars 1999 par Yves COMBRES
- Version courante de janv. 2023 par Yves COMBRES
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3. Mise en forme de pièces finies
À partir des demi-produits à base de titane précédemment élaborés, on fabrique des pièces finies. L'objectif est d'obtenir, outre la forme ayant les cotes les plus proches possible des cotes finales de la pièce, une microstructure qui conditionne les propriétés mécaniques.
Pour les pièces massives, on utilise le forgeage, pour les pièces minces, l'emboutissage voire le gonflage superplastique ou la métallurgie des poudres.
3.1 Forgeage
Selon les propriétés d'usage finales, les demi-produits précédemment fabriqués sont forgés, soit au-dessus du transus (forgeage β), soit au-dessous.
HAUT DE PAGE
Le forgeage libre consiste à déformer la pièce entre deux tas plats froids. Les échanges de chaleur à l'interface pièce/outil sont assez importants, ce qui fait que des différences de température cœur/bord importantes sont engendrées. Cela peut conduire à l'apparition de fissures en surface.
HAUT DE PAGE3.1.2 Forgeage en matrice fermée
Le matriçage des alliages de titane reste la voie principale de fabrication des pièces, notamment dans le domaine de l'aéronautique et de l'aérospatial.
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Choix de la température des matrices
Le forgeage isotherme, qui requiert des matrices à la même température que la pièce à forger, peut être appliqué, mais la durée de vie des matrices peut être réduite par une utilisation à très haute température. Sachant que les pertes de chaleur à la surface de la pièce peuvent être limitées, dans une large mesure, par l'utilisation de matrices chaudes – donc à une température inférieure à celle de la pièce – on peut quand même garantir un certain caractère isotherme au forgeage, les pertes pouvant même être compensées via la chaleur dissipée par la déformation plastique.
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Cette technique intermédiaire entre le matriçage isotherme et le matriçage...
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