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RÉSUMÉ
Les compositions chimiques et les morphologies de microstructure du titane, et de ses alliages, sont extrêmement variées. Il en découle un grand nombre de propriétés, résistance à la corrosion, à l’érosion et au feu, biocompatibilité, mais aussi des performances mécaniques excellentes, comparables à celles de l’acier, parmi elles la ductilité, la résistance, et la ténacité. Le développement des applications en aéronautique, aérospatial et chimique s’explique également par la précision, la légèreté et la souplesse des pièces mises en forme.
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Yves COMBRES : Ingénieur civil des Mines - Docteur en science et génie des matériaux - Ingénieur de recherche à CEZUS
INTRODUCTION
Ce n’est qu’en 1790 que l’élément titane (Ti dans la classification périodique des éléments) a été découvert par le moine anglais Gregor. Cependant, sa métallurgie extractive étant très difficile, il a fallu attendre les années 1940 pour que des solutions exploitables industriellement soient établies. La généralisation du procédé d’extraction du Ti pur par la méthode Kroll a permis un démarrage de l’industrie du titane vers 1950.
On peut schématiquement séparer les propriétés du titane et de ses alliages en deux classes :
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celle conditionnée par la nature de sa surface : la résistance à la corrosion est en effet excellente et, associée à une bonne souplesse de mise en œuvre, elle permet une utilisation croissante dans l’industrie chimique notamment ;
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celle des propriétés mécaniques qui sont élevées et d’un niveau comparable aux aciers ; comme la densité est en revanche plus faible, les alliages de titane sont des matériaux de choix dans l’aéronautique en particulier.
Ce sont ces deux classes qui vont induire les applications présentées au paragraphe 5.
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1. Classification des alliages de titane
Avant de rentrer dans le détail des propriétés du titane et de ses alliages, il convient de prendre le temps de présenter quelques éléments de métallurgie physique qui conditionnent les diverses familles auxquelles appartiennent les alliages ([M 1 335] à consulter dans le Pour en savoir plus).
1.1 Transformation allotropique
Le titane pur est le siège d’une transformation allotropique, de type martensitique au voisinage de 882 °C. En dessous de cette température, la structure cristallographique est hexagonale pseudocompacte (a = 0,285 nm ; c = 0,468 nm ; c/a = 1,633) et est appelée α.
Au-dessus de cette température, la structure est cubique centrée (a = 0,33 nm) et est appelée β. La température de transition α → β est appelée transus β, ou Tβ en abrégé.
Pour les alliages, cette température est éminemment variable en fonction des éléments d’addition et il est crucial de la connaître avec précision.
HAUT DE PAGE1.2 Effet des éléments d’addition
Les éléments d’addition stabilisent soit la phase α (élément α-gène), soit la phase β (élément β-gène). Les éléments α-gènes augmentent la valeur de Tβ ; les éléments β-gène diminuent cette dernière.
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Les éléments α-gènes sont l’aluminium (Al), l’oxygène (O), le carbone (C) et l’azote (N).
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Parmi les éléments β-gènes, on distingue :
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les éléments β-isomorphes, miscibles en toutes proportions dans la phase β, qui sont l’hydrogène (H), le molybdène (Mo), le vanadium (V) et le niobium...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DONACHE (M.J. Jr Ed.) - ASM international - Titanium : A technical Guide (1988).
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(2) - Proceedings 4th World conference on Titanium - 4 volumes. Kimura & Izumi Eds, AIME (1980).
-
(3) - Proceedings 5th World conference on Titanium - 4 volumes. Lüetjering et al. Eds, DGM (1985).
-
(4) - Proceedings 6th World conference on Titanium - 4 volumes. Lacombe et al. Eds, Éditions de CNRS (1989).
-
(5) - Proceedings 7th World conference on Titanium - 4 volumes. Froes & Caplan Eds, TMS (1994).
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(6) - Proceedings 8th World conference on Titanium - 3 volumes. Blenkinsop et al. Eds, The Institute of metals (1996).
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