Brevet FR2261346A1 — publié le 19750912

La technique industrielle usuelle de transformation à chaud du titane et de ses alliages procède par dégrossissage du lingot vers 10000 C,(c1est-à- dire au dessus du point de transformation &alpha;+ &num; puis par finition une tesr -perature inférieure à ce point de transformation. Dans le dégrossissage on profite donc de la bonne ductilité de la phase P, , et dans le finissage on parvient à un bon affinage de la microstructure de facon à obtenir un ensemble satisfaisant de propriétés d'emploi à l1état recuit. Lorsqu'on a essayé d'effectuer toute la transformation en phasepon est parvenu à un métal qui ne donnait pas satisfaction en-raison de sa faible ductilité en traction due au phénomène de recristallisation. On a pensé alors à forger dans le bas du domaine ss (entre 1000 et 1030 C), ou à appliquer un taux de corroyage très élevé, ou à forger dans le domaine un produit auquel on avait donné une structure fine par déformation préalable dans le domaine (&alpha;+ss) Mais tous ces essais ont conduit à une structure à gros grains dans le domaine ss qui donne, au refroidissement dans le domaine (&alpha;+ss). des liserés de phase taux joints de ces grains ax-ss ss et de trop longues aiguilles de phase &alpha; dans ces mêmes grains, c'est-à-dire une structure ne fournissant pas les qualités mécaniques requises. Les travaux de la demanderesse permettent maintenant de présenter un procédé qui conduit à une structure convenable tout en travaillant en phase ss et en profitant de la ductilité de ladite phase. Le procédé de transformation à chaud du titane ou de ses alliages selon ltinvention, qui consiste à porter le métal à une température correspondant au domaine ss ss. à effectuer dans ce domaine les opérations de transformation, puis à le traiter thermiquement, est caractérisé en ce que le taux de corroyage total est d'au moins 2 et que, pour tout point de la pièce travaillée, le temps qui s'écoule entre 2 actions consécutives de corroyage ainsi que celui qui s'eeou- le entre la dernière action de corroyage et le retour au domaine (&alpha;+ss) par refroidissement, ne dépassent pas 3 minutes environ. La combinaison d'un minimum de déformation et d'un intervalle maximum entre deux actions successives au meme endroit permet seule d'éviter que se produise une recristallisation dans le domaine pqui ramènerait le métal à un état métallurgique proche de ltetat brut de coulée. Elle conduit à une structure à l'état recuit où l'on distingue de petites aiguilles de phase &alpha; et où les joints des grains ex- sont au plus très peu apparents. Les opérations de transformation sont plus aisées en phase i3 car la du ctilité du titane et de ses alliages y est meilleure. Le métal ainsi transformé a un ensemhle de propriétés mécaniques satisfaisant aux exigences usuelles pour les alliages de titane, et en particulier une bonne ductilité en traction Le maximum tolérable pour l'intervalle séparant 2 actions de corroyage au méme endroit de la pièce est d'autant plus petit que la pièce est plus grosse. Ceci est avantageux pour le métallurgiste. En effet, lorsque l'on travaille le métal, par exemple par forgeage, la longueur du produit augmente au fur et à mesure que sa section diminue et le temps que met le pilon pour revenir travailler au meme endroit après avoir parcouru toute la pièce, est de plus en plus long, à cadence constante et avec un taux de coxroyagesensiblement égal pour chaque pas-se. Comme la diminution de section a chaque passe autorise une augmentation des intervalles entre passes, on n'est pas obligé de modifier constamment les conditions de travail de l'outil. En pratique, on préfère que l'intervalle entre passes et le temps entre la dernière passe et la sortie du domaine ss ne dépasse pas 15 secondes. Il faut noter que le temps de séjour du métal dans le domaine ss avant corroyage n'a pas d'influence sur la structure finale après transformation. Le procédé de ltinvention s'applique en particulier aux transformations à chaud telles que forgeage, laminage (laminoirs ordinaires à tôles, bandes ou fils, bloc morgan), extrusion. Dans ce dernier cas, il faut faire spécialement attention au refroidissement du métal à la sortie de la filière, car la temps pérature du métal peut augmenter si la vitesse de déformation est assez rapide. Les exemples qui suivent illustreront le procédé de l'invention et mettront en évidence les bonnes caractéristique n eaniques du métal travaillé et traité. Pour les exemples 1 et 2 on a d'abord fabriqué des carrés de 40 mm de côté à partir d'un lingot d'alliage TA6V (contenant 5,33 % Al et 4,48 % V en poids) de 630 mm de diamètre que l'on a transformé dans le domaine. Cette phase de degrossissage a été conduite de façon usuelle vers 10000 C sans précautions spéciales. Exemple l : Une fraction (1) de ce carré a été forgée de façon usuelle dans le domaine (&alpha;+ss) jusqu'à obtenir un carré de 20 mm de côté (taux de caroyage - 4) qui a été trempé à l'eau puis recuit à 7300 C pendant 1 h 30 mn. Une deuxième fraction (2) a été forgée dans le domaine ss entre 11500 C et 1050 C, en 4 passes de même taux de réduction, séparées par un intervalle de 1 minute pour chaque point jusqutà obtenir un caré de 20 mm de côté. La trempe à l'eau a eu lieu 1 minute après le début de la dernière passe. Le recuit a été le même que pour la fraction (1). Une 3ème fraction (3) a subi une transformation analogue à celle de la fraction (2) avec cette seule différence que les temps entre passes de forgeage ont été de 8 secondes et le temps entre la dernière passe et la trempe a été de 10 secondes. La structure de ltechantillon (2) montre de fines aiguilles enchevê trées de phase On distingue de façon assez vague des groupements de ces aiguilles en amas correspondant aux anciens grains ss La structure de l'échantillon (3) montre les mêmes fines aiguilles en chevêtrées &alpha;, mais les limites des anciens grains p n'apparaissant pas du tout. Les caractéristiques mécaniques figurent dans le tableau I. On voit dtune part que celles des échantillons (2) et (3) ne sont pas moins bonnes que celles de l'échantillon (1) conventionnel, d'autre part que les échantillons (2) et (3) ont une bonne ductilité en traction, enfin que la diminution du temps entre passes de 1 minute à 8 secondes a légèrement amélioré les caracteristiques. Dans ce tableau R est la limite de rupture en traction, exprimée en hectobar. E0,2 est la limite élastique conventionnelle, correspondant à un allongement permanent de 0,2 Z. Elle est exprimée en àectobar. A Z est l'allongement relatif à la rupture #% Z est la striction, ou diminution relative de section à la rupture PXe est la liante de rupture en traction (en hectobar) d'une éprouvette entaillée (KT = 3) KCU et KCV sont les résiliences Charpy sur éprouvettes entaillées respectivement en U et en Y PW est le résultat de l'essai Pratt et Whitney, mesurant la tendance à la fissuration d'une éprouvette entaillée soumise à une force de traction statique > R est un paramètre mesurant la résistance à la propagation des criques, déterminé par des mesures sur des éprouvettes Càarpy V. C'est une approximation du facteur XJC d'intensité de contrainte critique. TABLEAU I échantillon R E0,2 A% #% Ra KCV KCU PW Kg hbar hbar R daJ/cm h hbar#mm 1 98 93 16 725 1,55 4,1 3,8 > 24 238 2 98 91,5 15 > 25 1,63 3 102 95 = 16 > 25 1,57 4,4 4,2 > 24 279 Exemple 2 : Les 3 fractions (4) (5) (6) du carré initial de 40 mm de côté ont été forgées respectivement comme les fractions (1) (2) (3) de l'exemple 1. Après trempe, elles ont subi un traitement consistant en an chauffage à 9400 C pendant 1 heure, un refroidissement controié jusqu'à 7000 C à raison de 300C C/h puis un refroidissement à l'air. Les micrographies des échantillons (5) et (6) présentent des aspects semblables respectivement à ceux des micrographies des échantillons (2) et (3) la seule différence étant que, dans cet exemple 2, les aiguilles de phase &alpha; sont un peu plus grosses que dans l'exemple 1. L'examen des caractéristiques mécaniques indiquées dans le tableau II conduit aux mêmes remarques que pour l'exemple I. TABLEAU II échantillon R E0,2 A% #% Ra hbar hbar R 4 92 82 18 > 25 1,59 5 92 82 17 > 25 1,56 6 97 86 16 > 25 1,54 Exemple 3 : On est parti de tôles de 10 me d'épaisseur du même alliage TA6V que dans les exemples 1 et 2. L'échantillon (7) a été laminé de façon conventionnelle dans le domaine (&alpha;+ss), puis trempé et recuit à 730 C pendant 1 h 30 mn. L'échantillon (8) a été laminé dans le domaine ss entre 1150 C et 1050e C en 5 passes de taux de corroyage à peu près semblables, separées par des intervalles de 10 secondes jusqu'à obtenir une tale de 2 mm d'épaisseur (taux de corroyage total = 5), puis trempé et traité comme l'échantillon (7). Le tableau III donne les caractéristiques de ces 2 échantillons. TABLEAU III échantillon R E0,2 A% hbar hbar 7 99 92 12 8 101 94 11 REVENDICATIONS I) Procédé de transformation à chaud du titane ou de ses alliages qui consiste à porter le métal à une température correspondent au domaine ss, à effectuer dans ce domaine les opérations de transformation, puis à traiter therquement, caractérisé an ce que le taux de corroyage total est d'au moins 2 et que, pour tout point de la pièce travaillée, le temps qui s 'écoule entre 2 actions consécutives de corroyage ainsi que celui qui s'écoule entre la dernière action de corroyage et le retour au domaine (&alpha;+ss) ss) par refroidissement, ne dépasse pas 3 minutes environ. 2) Procédé selon la revendication 1, où ledit temps ne dépasse pas 15 secondes. 3) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, où l'on opère par forgeage. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, où l'on opère par laminage. 5) Procédé selon l'une des revendications J ou 2 où l'on opere par extrusion.