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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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2. Élaboration
2.1 Techniques conventionnelles
2.1.1 Préparation de l’électrode
Le cycle de préparation des matières destinées à être refondues sous forme d’électrode est illustré figure 7.
À partir des matières premières constituées d’éponge, d’éléments d’alliage et de petites chutes recyclées (typiquement des copeaux (§ 1.4.2)), est réalisé tout d’abord, par pesée, un lot destiné à obtenir la composition chimique désirée. Ce lot est ensuite homogénéisé dans un mélangeur sous gaz neutre (argon de façon typique) de manière à prévenir toute inflammation des fines de titane : ces particules d’une centaine de micromètres présentent un caractère de pyrophoricité, c'est-à-dire capables de s’enflammer spontanément sous faible énergie –frottement par exemple–, il faut donc bannir tout procédé d’aspiration, violent ou pas. Un échauffement localisé peut en outre conduire à la formation d’oxynitrure de titane fragilisant et insoluble dans le bain liquide. Le lot homogène est ensuite introduit dans la matrice d’une presse où il est comprimé à froid sous forme d’un compact dense à plus de 95 %. Ce taux élevé de densité relative autorise alors une manutention en toute sécurité en vue de constituer une électrode par empilement de ces compacts, étage par étage. Ces étages sont ensuite solidarisés entre eux par soudage plasma ou faisceau d’électrons ; l’usage de plasma impose l’utilisation de gaz neutre à teneur en...
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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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(3) - PAILLERE (P.), COHEN (J.) - * - . – * – Proc. Ti’88. Lacombe et al. ed., CNRS, p. 901 à 906 (1989).
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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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(5) - YOSHIMURA et al - * - . – * – Proc. Ti’92. Froes et Caplan ed., TMS, p. 2459 à 2464 (1993).
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(6) - WINAND (R.) et al - * - . – * – Proc. Ti’92, Froes et Caplan ed., TMS, p. 2385 à 2392 (1993).
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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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