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RÉSUMÉ
Le titane et ses alliages ont connu un essor récent, mais fulgurant, au cours de ces dernières années, et ce, dans quasi tous les secteurs d’activité. L’article vise à donner quelques éléments de métallurgie du titane, puis s’attache aux étapes de fabrication des demi-produits en passant en revue la métallurgie extractive, permettant de passer du minerai au métal de base, l’élaboration des alliages et la première transformation des lingots. A l’instar de la métallurgie des aciers, le recyclage a une place tout à fait remarquable dans l’élaboration des alliages et fait l’objet d’une partie dédiée.
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Yves COMBRES : General Manager China Ventures - AREVA-NP - Ugine Plant, UGINE France
INTRODUCTION
Le titane a été découvert relativement récemment. En effet, ce n’est qu’en 1790 que le révérend William Gregor trouva l’oxyde d’un élément inconnu, dans les sables noirs de la Côte de Cornouailles, présentant des propriétés magnétiques, mais il n’identifia pas le métal. Ce fut le chimiste allemand Klaproth qui le fit et le nomma « titane » en 1795, par référence aux « Titans » de la mythologie grecque. Ces minerais sont présents au Canada, États-Unis, Brésil, Norvège, Afrique du Sud, Inde, Chine, Australie, CEI…
Le titane a pour symbole Ti dans la classification périodique des éléments ; sa masse atomique est de 47,5 et son numéro atomique de 22. C’est un corps très répandu sur la terre, quatrième métal suivant l’ordre décroissant d’abondance dans l’écorce terrestre, il constitue 0,44 % de la masse de celle-ci, à comparer à 8 % pour l’aluminium, 5 % pour le fer et 2 % pour le magnésium.
L’obtention du métal à partir du minerai a nécessité une longue mise au point. En effet, il s’avère que sa métallurgie extractive est très délicate et impactante sur le plan environnemental par l’utilisation du chlore. Le métal ductile, et donc propre à la fabrication de pièces, n’a été obtenu qu’à partir de 1910. Cela explique les développements tardifs de ses applications industrielles qui n’ont débuté que vers 1950.
Du point de vue des propriétés spécifiques (propriété divisée par la masse volumique), les alliages de titane se placent avant les alliages d’aluminium et les aciers ; néanmoins, le prix de revient des pièces est élevé. Cela permet de comprendre leur développement important plutôt dans les domaines aéronautique, spatial et de l’armement. Le titane non allié possède une excellente tenue à la corrosion et une très grande souplesse de mise en forme : cela explique aussi des applications importantes dans le domaine de l’industrie chimique, des usines de dessalement d’eau de mer, des centrales nucléaires, de l'exploitation pétrolière off-shore et du génie civil (plaques d’ornement, protection de piles de pont…).
Les objectifs de cet article sont de présenter quelques éléments de métallurgie du titane, puis de s’attacher aux étapes de fabrication des demi-produits en passant en revue sa métallurgie extractive, son élaboration et sa première transformation.
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- Version archivée 1 de juin 1997 par Yves COMBRES
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5. Applications
5.1 Domaines d’utilisation
En 2014, la consommation du minerai est essentiellement réalisée par l’activité des pigments et des charges (90 à 95 % du minerai extrait), qui concerne l’industrie de la peinture, celles des matières plastiques, du papier et des céramiques (figure 22) ; 5 à 10 % du minerai trouvent des applications dans le domaine de la métallurgie, sous forme de ferrotitane pour les additions des aciers, ou pour élaborer des alliages de titane. De façon sommaire, ces derniers présentent des caractéristiques mécaniques élevées (compromis résistance mécanique-ductilité compris entre 400 MPa-50 % pour les titanes non alliés et 1 500 à 2 000 MPa-5 à 15 % pour les formulations les plus chargées en éléments d’addition) pour une masse volumique faible (4,54 g/cm3).
HAUT DE PAGE5.2 Cas de l’aéronautique
Les applications aéronautiques concernent principalement des pièces issues de produits longs comme les barres (disques de turbine, longerons…), alors que les applications dans la chimie constituent exclusivement le domaine des produits plats comme les tôles (cuves, plaques d’échangeurs…).
On assiste à une baisse sensible du prix moyen des demi-produits, car le titane trouve d’autres débouchés sur les secteurs aéronautiques ou chimiques dans un premier temps.
En effet, en moyenne, la contribution des alliages de titane dans les avions modernes est passée de 6 à 9 % ; de plus, eu égard à ses propriétés thermomécaniques, notamment ses coefficients de dilatation, le titane et ses alliages sont des matériaux de choix lors de leur association avec les composites à matrice organique et fibres de carbone.
HAUT DE PAGE5.3 Autres secteurs
Le développement du titane et ses alliages dans les domaines du sports et loisirs, bijouterie, lunetterie, biomédical, exploration minière et pétrolière… a été important au cours des dernières années.
Un secteur de production de masse comme l’automobile constitue un débouché...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - PETRUNKO (A.N.) et al - * - . – * – TITAN, p. 5 à 7 (fév. 1995).
-
(2) - FISHER (G.T.), TRAUT (D.E.) - * - . – * – Proc. Ti’92. Froes et Caplan ed., TMS p. 2393 à 2400 (1993).
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(4) - ROSENBERG (H.W.), GREEN (J.E.) - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2371 à 2376 (1993).
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-
(6) - WINAND (R.) et al - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2385 à 2392 (1993).
- ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Il existe deux normes françaises :
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la norme AIR éditée par le ministère de la Défense ; elle se divise en la norme AIR 9182 « tôles de titane non alliées » et la norme AIR 9183 « barres, billettes, pièces forgées, coulées en alliage de titane » ;
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une autre éditée par l’Association Française de Normalisation (AFNOR).
Le document de base des normes anglaises est le Standard Catalogue édité par le British...
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