Bibliographie & annexes
Présentation
Auteur(s)
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Georges BROIHANNE : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Mécanique et d’Aérotechnique de Poitiers (ENSMA) - Créateur de la Société TARAMM SA (Titane et Alliages Rares Micro‐Moulés)
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Lire l’articleINTRODUCTION
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.
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Propriétés4. Finitions, traitements et contrôles
4.1 Usinage chimique
Il s’effectue par trempage des pièces dans un bain constitué d’acide nitrique et d’acide fluorhydrique (bain fluonitrique) à une température de l’ordre de 40 à 50 oC pour augmenter son agressivité. Plus l’attaque est rapide, meilleur est l’état de surface obtenu. L’action d’adjuvants incorporés dans les acides (tensioactifs), un mouvement judicieux des pièces dans les bains et une bonne agitation des bains permettent un enlèvement de matière régulier quelle que soit la forme de la pièce. Il faut éviter à tout prix un piègeage dans les recoins de la pièce de bulles d’hydrogène et une sédimentation sur la pièce des boues de décomposition qui ralentissent l’attaque par endroits.
La principale cause de fragilisation du titane par l’hydrogène provient de la précipitation d’hydrure de titane TiH2 . Cette précipitation peut se produire même si la concentration moyenne en hydrogène est inférieure à la solubilité maximale. On observe en général une germination des hydrures à l’interface des phases alpha et bêta, puis une croissance de TiH2 au sein des grains alpha.
TiH2 rend les alliages fragiles (il est 20 % plus volumineux que le titane, ce qui induit des contraintes locales).
4.2 Compactage Isostatique à Chaud (CIC)
Il consiste à soumettre les pièces en titane ou alliage de titane à une pression d’argon de 100 MPa et à une température de l’ordre de 920 oC (pour l’alliage TA6V) pendant environ deux heures. Sous l’effet de la pression extérieure, les parois des cavités internes (défauts de solidification) de la pièce se rapprochent et se soudent par diffusion. Une micrographie en coupe transversale ne permet plus de situer l’emplacement antérieur du défaut. Ce traitement ne peut s’envisager que sur une pièce complètement débarrassée de toute pollution superficielle (donc sur pièce usinée chimiquement) pour éviter toute migration de cette pollution vers l’intérieur de la pièce.
Ce traitement permet de limiter le masselottage aux zones les plus massives des pièces, susceptibles d’être le siège des gros défauts...
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Finitions, traitements et contrôles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - GARNIER (M.), PAILLERE (P.) - La coulée 4C : une première mondiale en électrothermie dans la région Rhône‐Alpes. - Journal français de l’Électrothermie no 38 mars/avril 1989.
-
(2) - * - Les conférences internationales sur le titane (qui ont lieu tous les 4 ans) font l’objet de comptes rendus très détaillés dont certains concernent la fonderie.
ANNEXES
CARAYON (G.-A.) - Influence et optimisation des paramètres de coulée du titane en odontologie : caractérisation des pièces coulées. - Nice (1997).
STREIFF (E.) - Contribution à l'étude métallurgique du moulage de précision de petites pièces en titane et en TI-6AL-4V. - INSA Rennes (1997).
HAUT DE PAGE2.1 Association Française de Normalisation (AFNOR)
NF S 94‐080-3 - 1‐97 - Implants chirurgicaux. Alliage de titane TA6V. Partie 3 : produits semi‐finis obtenus par moulage. - -
HAUT DE PAGE2.2 American Society for Testing and Materials (ASTM)
B 367‐93...
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