Fonderie et moulage du titane et des alliages de titane

Les premières démonstrations d’un procédé industriel de fusion et de coulée du titane ont eu lieu aux États‐Unis en 1954, par fusion sous vide dans un four à arc à électrode consommable et coulée sous vide dans un moule usiné dans un bloc de graphite de haute densité. En France en 1968 par fusion sous vide par bombardement d’électrons et coulée dans un moule réalisé avec une poudre de graphite comprimée sur un modèle métallique.

En France, la perspective du développement de l’avion supersonique Concorde et du moteur militaire SNECMA M53 (de la Société Nationale d’Étude et de Construction de Moteurs d’Avions) a accéléré le développement de ce procédé pour des pièces de formes complexes devant travailler à des températures de l’ordre de 400 ^oC (donc interdisant les alliages d’aluminium).

La fonderie de titane se présente en effet comme un moyen économique d’obtention des formes complexes et, en particulier, des formes creuses impossibles à obtenir par forgeage ou usinage.

Il est possible, à l’heure actuelle, par le procédé de moulage dit à la cire perdue de réaliser en fonderie de titane presque toutes les formes habituelles des pièces réalisées en fonderie d’acier par le même procédé.

Les pièces réalisées ont des masses variant de quelques grammes à quelques centaines de kilogrammes. Les épaisseurs minimales sont de l’ordre du millimètre et peuvent encore être réduites à quelques dixièmes de millimètre par usinage chimique fluonitrique.

La technique du noyautage, pour l’obtention de canaux de grande longueur par rapport à leur diamètre, est cependant encore en développement et impose des limitations (à examiner cas par cas par le client et le fondeur).

Les caractéristiques mécaniques statiques obtenues sur pièces de fonderie en alliages de titane sont très proches de celles des pièces forgées. Pour l’alliage TA6V, le plus utilisé, la résistance minimale à la traction est de l’ordre de 880 MPa, la limite d’élasticité de l’ordre de 780 MPa et l’allongement à la rupture de l’ordre de 8 %.

La santé métallurgique interne des pièces est considérablement améliorée par l’emploi du compactage isostatique à chaud qui consiste à densifier les pièces en les soumettant à une pression d’argon d’environ 1 000 bar (rappelons que 1 bar = 10⁵ Pa) à une température de l’ordre de 920 ^oC pendant 2 h (pour le TA6V). Il en résulte une amélioration des propriétés de fatigue des pièces qui se rapprochent alors de celles des pièces obtenues par corroyage.