Brevet FR2123207A1 — publié le 19720908

La présente invention a pour objet un procédé pour le - durcissement superficiel du titane et de ses alliages ; elle concerne également les produits ainsi obtenus. On sait que le titane et ses alliages possèdent une 5 mauvaise tenue au. frottement et l'on a déjà envisagé de remédier à cet inconvénient en recherchant une augmentation de la dureté superficielle par traitement de nitruration au bain de sel. Les résultats ainsi obtenus étaient médiocres, ce qui a amené la demanderesse a mettre au point un nouveau procédé 10 permettant d'augmenter considérablement la dureté superficielle et ce, sur une épaisseur suffisante, du titane et de ses alliages. Le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce qu'on soumet le titane et ses alliages à une nitruration à une i température au plus égale à environ 1 050°0 et au moins égale à 15 la température de revenu du métal. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention on met en oeuvre un traitement de nitruration ionique permettant une durée très courte de traitement ainsi qu'une absence totale de détérioration de l'état de surface du métal ; d'une manière 20 avantageuse on utilise de l'azote pur plutôt que de l'ammoniac, étant donné que l'hydrogène libéré par la dissociation de l'ammoniac a tendance à fragiliser le métal et en particulier la couche superficielle de celui-ci. Selon une caractéristique de l'invention, la nitruration 25 peut ..être effectuée à une température comprise entre 850°0 et 1000°C correspondant à la solubilité maximale de l'azote dans le métal ; en peut ainsi obtenir une dureté Vickers superficielle de l'ordre de 600 à 800, correspondant à la température de traitement, la dureté Vickers superficielle initiale étant par 30 exemple de l'ordre de 330. Ce traitement développe en sirface une couche mince, par exemple de l'ordre de 5 à 15 microns d'épaisseur qui contient le nitrure Tiïï, très stable, et qui introduit sous cette couche une quantité importante d'azote en solution solide dans la phase C(. hexagonale. Toutefois, le 35 durcissement du métal obtenu dans cette couche sous-jacente, d'une épaisseur de l'ordre de 5 à 50 microns, est relativement modeste puisqu'il correspond seulement à un durcissement de solution BAD ORIGNA*.1 71 03005 2 2123207 solide. Selon une autre caractéristique de la présente invention, on effectue le traitement de nitruration précité à une température supérieure à la température de revenu du métal, par exemple 5 entre 850°C et 1000°C, et l'on effectue ensuite un traitement de revenu. Dans la plupart des cas ce traitement de revenu sera effectué à une température de l'ordre de 500 à 600°C, qui correspond à l'intervalle optimal de températures de revenu pour le titane et la plupart de ces alliages. Ce traitement 10 (3_e re-yenu combiné au traitement de nitruration permet d'obtenir une augmentation de la dureté superficielle du métal, tant dans la couche superficielle que dans la couche sous-jacente précitée. Ainsi la dureté Vickers superficielle peut passer d'environ 850 (après nitr.uration à 800°C) jusqu'à environ 1400, 1 5 (après revenu à 600°C) pour l'alliage TA VE 2. Cette augmentation considérable de la dureté est essentiellement due à la précipitation, au cours du revenu, de très petites particules de nitrure Ti^ïT (phase quadratique) au sein de la phase hexagonale, cette précipitation étant due à la diminution -0 importante, de l'ordre de 50 fo de sa v sieur, de la solubilité de l'azote dans la phase hexagonale à cette température. La zone dans laquelle ce durcissement par précipitation se fait sentir s'étend sur une cinquantaine de microns à partir de la surface du métal, mais son étendue peut être encore plus 25 importante si le traitement de nitruration effectué entre 850°C et 1000°C est effectué plus longtemps (en général, un tel traitement est effectué pendant une durée de l'ordre de Selon une autre caractéristique de la présente invention on effectue directement la nitruration à une température 30 comprise entre 500 et 600°C, correspondant substantiellement à la température de revenu du métal. A cette température, les temps de traitement pour obtenir une dureté superficielle de l'ordre de celle indiquée précédemment sont plus importants et la zone correspondant à une solution solide d'azote dont la 35 phase hexagonale est nettement plus réduite. Selon une autre caractéristique de la présente invention la nitruration précitée s'effectue en même temps que le traitement de trempe tandis que le traitement de revenu qui BAD ORIGINAL 71 03005 3 2123207 lui fait suite est confondu avec le traitement de revenu habituellement mis en oeuvre après un traitement de trempe, de telle sorte que les produits ainsi obtenus ont des caractéristiques mécaniques optimales. 5 Dans le cas où le traitement de nitruration à haute température et de revenu ne peut être exactement confondu avec un traitement de trempe et revenu conférant à l'alliage ses caractéristiques mécaniques optimales, celles-ci ne seront que très légèrement inférieures à ce qu'elles auraient pu être en 10 l'absence de nitruration," sauf en ce qui concerne la dureté superficielle qui est considérablement augmentée. En fait, on observe que dans de très nombreux cas cette légère diminution des caractéristiques mécaniques n'apparaît pas. Les couches nitrurées obtenues sont très stables jusqu'à 15 la température de revenu, ce qui permet l'utilisation des pièces nitrurées conformément au procédé de l'invention jusqu'à cette température, c'est-à-dire environ 500-600°C, lesdites pièces ayant jusqu'à cette température de très bonnes qualités de frottemént. 20 Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles ci sont exécutées selon l'esprit de 25 l'invention. BAD ORIGINAL^ 71 03005 4 2123207 OJLÏLOJL2JL-L-L2JLË 1Procédé de durcissement superficiel du titane et de ses alliages par nitruration à température au plus égale à 1050°C environ et au moins égale à 500°C environ, caractérisé en ce qu'on combine un traitement de niturati'on à température au moins égale 5 à la température de revenu du métal avec un traitement de revenu du métal. 2.- Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'on effectue d'abord la nitruration à une température comprise entre 850°C et 1000°C, correspondant à la solubilité maximale de 10 l'azote dans le métal et en ce qu'on effectue ensuite le revenu. 3.- Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on effectue le revenu à une température comprise entre 500 et 600°0. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue simultanément la nitruration et le revenu à une tempéra- 1 5 ture comprise entre 500 et 600°C. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce la nitruration s'effectue en même temps que le traitement de trempe, à une température supérieure à la température de revenu du métal, le traitement de revenu précité étant confondu 20 avec le traitement de revenu habituellement mis en oeuvre après un traitement de trempe. 6.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement de nitruration mis en oeuvre est un traitement de nitruration ionique. 25 7.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le traitement de nitruration précité met en oeuvre de l'azote pur. 8.- Titane et alliages du titane obtenus par le procédé selon l'une des revendications 1 à 7. ^ 9.- Titane et alliages selon la revendication 8, caractérisés en ce qu'ils comprennent une couche superficielle à base de nitrure de titane Ti H de façon en soi connue, d'une épaisseur de l'ordre de 5 à 15 microns, et une couche sous-jacente, de l'ordre de 5 à 50 microns d'épaisseur contenant de fines particules de nitrure de titane Ti^îT (phase quadratique ) <> BAD ORIGINAL