Brevet FR2951462A1 — publié le 20110422

L'invention concerne un traitement thermique de relaxation des contraintes et un outillage de conformation pour réaliser ce traitement thermique de relaxation. L'invention a trait en particulier â un procédé de traitement thermique pour des pièces élancées ou encore des pièces plus massives mais comportant des variations de sections importantes en alliage de titane notamment du type alpha-bêta c'est à dire dont la microstructure présente à température ambiante à la fois de la phase Alpha et de la phase Bêta. Un alliage alpha-bêta répandu est notamment l'alliage connu sous les désignations commerciales TA6V ou TA6V4 ou encore Ti-6Al-4V. ÉTAT DE L'ART Les alliages de Titane alpha-bêta et notamment de type TA6V permettent de réaliser des pièces ayant un bon compromis entre résistance mécanique et ténacité, en plus de leur faible densité et de leur bonne résistance à la corrosion. Du fait des propriétés mécaniques qu'il est possible d'atteindre, les alliages de type TA6V sont utilisés dans divers domaines d'application notamment dans le domaine aéronautique pour réaliser des grandes pièces telle que des longerons de mâts réacteurs, des éléments de cadre de porte d'aéronefs ou encore des éléments de cadre de structure pour aéronefs. Ces pièces sont typiquement obtenues par une succession d'étapes de forgeaec et nmatrutage, traitements thermiques et uni nage. rune O qui est en partici,ii~~ a le r..~t ~~~ seur moyenrci des pièces plus massives maïs avec des différences de sections importantes, c'est-à-dire avec des variations de section ayant des rapports de sections supérieurs à 2/1. Par pièce « plus massive » on entend une pièce dont les dimensions (diamètre, épaisseur, longueur...) sont telles que le diamètre de la plus grande sphère susceptible d'être inscrite dans le volume de la pièce est supérieur à 150 mm. On parle également de « diamètre équivalent» supérieur 150 mm. En particulier, il peut s'agir d éléments de cadre de structure dont le diamètre équivalent maximal peut atteindre 250 mm. Les géométries particulières de ces grandes pièces favorisent, apres traitements thermomécaniques, opérations usinages et/ou traitements thermiques habituels, l'apparition de contraintes internes d'origine thermique ou cristallographique ainsi que des distorsions et déformations de la pièce. Il s'agit de réels problèmes auxquels sont confrontés les industriels mettant en oeuvre des procédés de transformation thermomécaniques et d'usinage dans le but d'obtenir à partir de billettes en alliage titane des grandes pièces qui doivent présentées des propriétés mécaniques élevées et respecter des tolérances dimensionnelles précises. En effet, plus la pièce est élancée et/ou comporte des différences de sections importantes et plus la pièce aura tendance à se déformer lors des étapes de refroidissements ou se fissurer et rompre prématurément dès qu'elle est sollicitée thermo-mécaniquement. Par exemple, plus la pièce comporte des différences de sections important plus l'hétérogénéité des vitesses de refroidissement est important section è une autre ( Vitesse aSSI,v JI'LiS on Sont importantesnt` al- ontr 3L?: rlatlnr S de pièces, respecte toleauces dis s onnellf Drel Pour pallier à ces inconvénients, il est connu de mettre en oeuvre au--cours ou après les étapes de transformation thermo-mécaniques (forgeage et / ou matriçage) des refroidissements lents soit : en faisant un refroidissement contrôlé en gardant les pièces dans un four, ou encore en laissant les pièces refroidir dans des caissons isolés thermig Liement. Ces refroidissements lents, qui sont réalisés à des vitesses inférieures à 5°C / minute, sont coûteux en terme d'énergie utilisée et en terme d'immobilisation de matière et des outillages. Le fait de devoir refroidir lentement les pièces abaisse considérablement la productivité des installations. Avant les opérations d'usinage d'ébauche et de finition et pour palier à ces inconvénients, il est également connu de mettre en ouvre un traitement thermique Alpha-Beta (inférieur à 730°C) dit de détensionnement, également connu sous le nom traitement de relaxation des contraintes, pour réduire les contraintes d'origine thermiques ou cristallographiques à l'intérieur de la pièce pour éviter que la pièce ne se déforme ou fissure lors des opérations d'usinage. Cependant, ce type de traitement de relaxation ne permet pas de supprimer l'ensemble des contraintes thermiques et peut parfois en introduire des nouvelles si le refroidissement est trop rapide et en fonction de l'importance des variations de section (différences de massivité) et/ou des différences de vitesse refroidissement à l'intérieur de la pièce Pour Ç Tendes piec s querant d'Importartes !,eroprietes mécaniques :irae c: i icrûe urepeea+ Ion connu de rea en p ; lem nuc 'rIStiques mcr pour bu t neilorCr ;sfleoi BUTS DE L'INVENTION L'invei : de pas onvéniE~~~~ )roi requises et qui sont dépourvues contraintes internes résiduelles tout en permettant d'atteindre les propriétés mécaniques prescrites, Un deuxième but de l'invention est de résoudre le nouveau problème technique consistant en la fourniture d'un outillage de conformation permettant à des pièces en alliage de titane de se conformer, à température de traitement, à une empreinte calibrée et de la refroidir sans génération de contraintes thermiques internes et sans déformation, ou avec un minimum de contraintes et déformation, c'est-à-dire de manière significativement inférieure aux contraintes induites par un traitement classique de relaxation des contraintes. L'invention a également pour but de résoudre le nouveau problème technique consistant en fournir un procédé de préparation d'une pièce d'alliage de titane comprenant une étape de transformation thermomécanique et un usinage mais sans qu'il soit nécessaire de mettre en oeuvre au préalable une étape de traitement de relaxation. DESCRIPTION DE L'INVENTION A cet effet, l'invention a pour premier objet un procédé de préparation d'une pièce en alliage de titane, caractérisé en ce que le procédé comprend un traitement thermique pour relaxer les contraintes internes d'une pièce en alliage de titane, par exemple ayant préalablement subi une ou plusieurs étapes de transformation thermomécanique, notamment provoquant des contraintes ntetnes, procede etant rararterise due traitement thermique »( e erciru a i`-,insu dni')1r:10n dite ( mrmer i uage. Ion erai i'elliage ine est ,,pe LAPV 30 De préférence, fa température Ti est supérieure d'au moins 5°C à Tbt, et de préférence supérieure d'au moins 10°C à Tbt, et encore de préférence, le procédé comprend un maintien à la température Tl pendant une durée de 5 à 120 minutes, et de préférence pendant 15 à 60 minutes, et de préférence à une température de 1010°C à 1060°C notamment pour un alliage de type TA6V. Suite au maintien à la température Tl, on peut effectuer un refroidissement avec une vitesse de refroidissement supérieure à 5°C/min, de préférence supérieure ou égale à 10°C/min, de préférence comprise entre 10 et 20°C/min, comme par exemple à l'air, de préférence en dehors du four de traitement. Selon une variante, la pièce en alliage de titane est disposée pour le traitement de relaxation des contraintes dans un outillage de conformation comprenant une ou plusieurs empreintes calibrées pour recevoir une pièce à relaxer, ledit outillage de conformation étant réalisé de préférence d'au moins un matériau unique ou composite dont l'inertie thermique est supérieure à celle du titane, ou de l'alliage de titane utilisé, et dont les variations dimensionnelles liées au fluage à la température Ti sont quasi inexistantes (inférieure à 2 mm en flèche), voire nulles. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'outillage de conformation est réalisé en béton ou en béton composite, de préférence comprenant des fibres courbes d'acier inoxydable dont la distribution dans le matériau est isotrope ration concerne aussi Uri procédé de préparation d`un nièce en nues d`rl leu p i C aiabienient. 1p' .' erienlent therr .igar c a etior. des co ntralrntes comprend 'un maintien cm pé rote ru T i su pE ne eru a e t. emneratuiru Tbt r ne ne on ces c Selon un mode de réalisation particulier, la pièce est plaquée et conformée contre ledit support de référence par plaquage contre le support de référence d'une ou plusieurs bavures formées autour de la pièce et issues d'une étape amont de matriçage. Après traitement thermique de relaxation des contraintes selon l'invention, le procédé peut comprendre une ou plusieurs étapes d'usinage de finition de la pièce en alliage de titane permettant de traiter une ou plusieurs surfaces de la pièce pour éliminer les pollutions superficielles, obtenir une dureté et une rugosité déterminées et atteindre les cotes finales de la pièce. Typiquement, la pièce est une pièce élancée telle qu'un longeron de mât réacteur, un élément de cadre de porte ou un élément de cadre de structure pour aéronef. L'invention concerne également, un outillage de conformation comprenant une zone de conformation comprenant une ou plusieurs empreintes calibrées pour conformer par fluage une ou plusieurs pièces élancées et/ou avec des différences de sections importantes d'alliage de titane , ledit outillage de conformation étant constitué d'au moins un matériau unique ou composite dont l'inertie thermique est supérieure à celle du titane ou de l'alliage de titane et dont les variations dimensionnelles liées au fluage à une température de 1060°C sont quasi inexistantes, voire nulles. n un mode de réalisation, l'outillage est constitué de béton et comprend éventuellement en outre s fibres courbes d'acier inoxydable distribuées de manier' isotrope dans le béton. Oient si !C'me l (.10f tantes !Il ' tr nE iDIÇ'C.e dfIC; ?st cal ;entant un section eee réacteur, un élément de cadre de porte ou un élément de cadre de structure pour aéronef. Avantageusement, l'alliage de titane est de type alpha-bêta, et de préférence, est un alliage TA6V. Selon un mode de réalisation particulier, l'empreinte comprend au moins deux surfaces d'appui sur lesquelles la pièce à relaxer peut reposer au moins partiellement, de préférence lesdites surfaces d'appui étant disposées de manière à ce que lorsque l'on réalise un maintien à une température supérieure Ti supérieure à la température Tbt d'une pièce en alliage de titane, ladite pièce 10 peut se positionner par fluage avec un contact plus important, quasi-total, voire total, sur les surfaces d'appui, pour corriger les déformations telles que les défauts de cambrure ou de torsions liés à une étape préalable de préparation de la pièce à conformer, notamment lors d'une transformation thermomécanique, un refroidissement, ou un usinage. 15 Avantageusement, l'empreinte comprend une butée de positionnement formée dans chaque empreinte calibrée, l'autre extrémité de l'empreinte étant libre, c'est-à-dire sans butée, pour permettre à la pièce de se déformer librement par fluage ou comprend une butée positionnée en tenant compte du fluage et du coefficient de dilatation thermique de la pièce à relaxer avant et après traitement 20 thermique de relaxation, notamment pour permettre une déformation libre par fluage. D 7ranière alternative l'empreinte comprend un repère visuel permettant de positionnes" ia pi (_' dans Lempreint'" Callbree. o _ 7~ do I( di '' lei't Ui q i oc de rie urpdr al-10n aIl'ap 1Htane ~r iant ''rr îU 3Utillage de tien, notmirn eflt tel q îi d une quelconque C'E'S revendications 13 à DESCRIPTION DETAILLEE DE LINVENTION ans plusieurs étapes de transformation thermomécaniques caractérisé en ce que la pièce est libre de se déformer par fluage et le traitement thermique est réalisé à une température supérieure à la température de bêta transus (transition Bêta) de l'alliage pour relaxer les contraintes c'est-à-dire au dessus du point où la phase Alpha disparaît complètement au profit de la phase Beta et où la microstructure est transformée en une structure de type cubique centrée. Dans l'invention on entend par « fluage » la déformation d'une pièce induite, pendant le maintien à la température supérieure à celle de bêta transus, par le poids propre du matériau ou encore en exerçant une contrainte constante sur la pièce en appliquant une charge sur cette dernière. Le traitement thermique selon l'invention permet à la fois d'obtenir une structure à gros grains pour améliorer les caractéristiques de résistances aux propagations de fissures et la relaxation des contraintes internes d'origines thermiques et cristallographiques en laissant la pièce libre de se déformer sans utilisation d'outillages spécifiques, telles que des brides, qui par une pression extérieure sur la pièce permettent de contraindre celle-ci dans une forme prédéterminée. On entend par « structure à gros grains » une structure qui typiquement possède une structure de grains quasi-isotropes de taille inférieure à environ moins 3 ASTM avec des zones de grains à moins 5 ASTM. Ainsi et grâce au traitement thermique (1TH) selon l'invention, toutes les contraintes internes résiduelles peuvent être supprimées de telle sorte qu'aucune gestion spécifique des contraintes n'est ne(essaire avant le traitement thermique car Ire contraintes thermiques sont: supprimées lors du traitement thermique ?muet r c ce Livre des s tait ee .ion ran. liage subit u ire naranhiniin hexanc itré dite pnase supérieur r )n e itropigt frai contraintes résiduelles, notamment apparues dans la pièce lors des précédentes étapes de transformation thermo-mécaniques, et qui sont d'origines thermiques et cristallographiques sont libérées. Par ailleurs, dans une structure cubique centrée , la mobilité des dislocations est plus grande ce qui favorise également la libération des contraintes internes. Cette relaxation complète des contraintes ontribuent à éviter lors du refroidissement, depuis la température de traitement selon l'invention, et ultérieurement lorsque la pièce est sollicitée mécaniquement et/ou thermiquement, des déformations de la pièce, des tapures ou l'apparition 10 prématurée de fissures dans la pièces. Pour la mise en oeuvre du traitement thermique selon l'invention la pièce est déposée dans une empreinte calibrée formée sur un outillage de conformation supportant au moins une pièce et pendant le traitement thermique la pièce se conforme par fluage à l'empreinte calibrée. 15 En plus des avantages précités, la structure Cubique centrée est propice au fluage de la pièce. Ainsi, le traitement thermique selon l'invention et de manière contraire à la pratique, est mis en oeuvre en laissant la pièce libre de se déformer par fluage de manière à ce que sous l'effet de son propre poids ou le cas échéant en appliquant une charge supplémentaire, la pièce puisse se 20 déformer pour épouser parfaitement la forme d'une empreinte calibrée réalisée dans l'outillage supportant la pièce et correspondant à la forme finale de la pièce requise. '10n on , aiDéehe pas pièce Orner en e CO ltrafQ lcet a a e c bhcles .,,ais r Centrai' _. o r4 ! librement 5U f er I~: ; I((Ce 'vi ~~a u1Ui.., (n s centre nt ~E r den o nan a sent conformées à :alibrée pe )Prmei f 1 grimer Dans le cadre de l'invention les empreintes calibrées permettent de contrôler la déformation des pièces par fluage. Les empreintes calibrées sont dimensionnées pour que la forme et les dimensions de la pièce obtenue après conformation soient celles de la pièces finales moins les usinages de finition. Les dimensions de l'empreinte calibrée sont déterminée par simulation numérique en fonction de la forme de la pièce finale à obtenir, des cinétiques de fluage du titane ou de l'alliage de titane et en prenant en compte le différentiel de dilatation, au voisinage de 1000°C, entre le béton et l'alliage de titane considéré. De manière avantageuse la température de traitement thermique est maintenue 5 à 120 minutes au-dessus de la température de Bêta transus + 5°C et de préférence entre 15 et 60 minutes de 1010°C à 1060°C par exemple pour un alliage Alpha-beta de type TA6V, tel que ci-après défini, dont le beta-transus est compris, en fonction de la composition exacte de l'alliage, entre 980 et 1000°C. La température et la durée de traitement dépendent de la composition exacte de l'alliage. Un alliage a +(3 répandu est notamment l'alliage connu sous les désignations commerciales TA6V ou TA6V4 ou encore Ti-6Al-4V dont la composition décrite en pourcentage en poids par rapport au poids total de l'alliage est typiquement la suivante eAI x`6,75 V 14,50 et de préférence un alliage de titane conforme à l'AMS 4928 GR5 (Aero Material Specifica bon). Par ailleurs, la température mini de traitement est déterminée pour permettre la pleine transformation allotropique d'une microstructure Hexagonale Compacte à une microstructure Cubique Centrée et pour obtenir une nnésostructure en grains Beta. La température maximum de traitement est quant à elle déterminée pour éviter une cinétique de croissance en gros grains avec dans certaines zones de la microstructure une explosion de la taille des grains qui serait néfaste pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques telles que la résistance à la rupture en traction et résistance à la fatigue._ La durée de traitement dépend de la massivité de la pièce. En effet, plus le diamètre équivalent de la pièce est important et plus la durée de traitement est importante. Typiquement pour une pièce en TA6V dont le diamètre équivalent serait de 15 à 30 mm la durée de traitement est de 20 à 40 minutes de manière à permettre la totale mise en solution de la phase bêta dans la pièce, la suppression dans la pièce des contraintes thermiques résiduelles et pour permettre à la pièce de fluer et de se conformer parfaitement à l'empreinte calibrée de l'outillage. Dans un autre exemple : pour une pièce de diamètre équivalent de 80 mm, la durée de traitement est d'environ 1 heure. La durée de traitement correspond à la durée pendant laquelle le coeur de la pièce sera à température de palier thermique. De préférence la pièce est refroidie depuis la température de traitement sdon invention iusciulà température ambiante Lors raer11 deune vitesse supérieure à 5°C par r lutes (7) ~'Sces surs ur cet. ic?Puis une 17empéciiiture rerrol a dehors plece cetee ~.r~c eu i-1 Sta rinC,LÇ GOMdine raniilierMJ110n es de type alpha-beta h-on 1 jerr :er forme de lamelles initiées aux joints de grain beta (connue sous le nom de morphologie Widmanstatten inter-granulaire) et en lamelles épaisses intragranulaires. A des vitesses de refroidissements supérieures à 5°C / minute, la phase Alpha apparaît avec une morphologie en aiguilles fines intra-granulaire et entrecroisées. Les aiguilles fines s'entrecroisent de manière aléatoire de telle sorte que la phase Alpha forme un réseau qui s'oppose à tous nouveaux mouvements de dislocations évitant ainsi à la pièce de se déformer lors de son refroidissement ou lorsque ultérieurement elle est sollicitée mécaniquement. Cette morphologie confère par ailleurs à la pièce de meilleures caractéristiques mécaniques notamment en résistance à la rupture en traction (Rm > 900 MPa), et confère une bonne tenue en propagation de fissures car le chemin de propagation des fissures est plus tortueux ainsi qu'une bonne ténacité. L'invention a pour deuxième objet un outillage de conformation sur lequel les pièces à conformer sont déposées. L'outillage se caractérise en ce qu'il est réalisé en un matériau dont l'inertie thermique est supérieure à celle du titane ou de l'alliage de titane utilisé et qui ne flue pas jusqu'à des températures proches de 1060°C. En effet , les inventeurs ont pu constater que grâce à un tel matériau il était possible d'obtenir un refroidissement rapide de la pièce (plus de 10°C par minute, ex : à l'air libre) qui soit homogène à l'intérieur de la pièce permettant d'obtenir des microstructures homogène de l'alliage en aguiiles fines enchevêtrées, et permettant d'éviter lors du refroidissement l'apparition de Contraintes thermiques Internes et des déformations non maltrisées de pi(ke on l'i ,:entioii tillage en oeton C ores (_oerbes DHrTc-311 ),e pératures sous pire. Le h n peu e Métalh able _'t Gui ont un eu, if à é, -i utilise de 'pe RPPPM thermique d'environ 3,5 W.m-'-.K-«Watt / (Mètre *Degré Kelvin)), une chaleur massique mesurée à 500°C d'environ 1000 3.kg-I.K-1 (Joule / (Kilogramme * Degré Kelvin)) et une densité d'environ 3000 kg/m3. L'outillage comporte des empreintes calibrées dans chacune desquelles 5 une pièce à conformer est déposée pour obtenir après un traitement thermique selon le premier objet l'invention une pièce de forme déterminée, frome de la pièce moins les usinages de finition, dépourvue de contraintes (thermiques ou cristallographiques) internes résiduelles . L'invention a pour troisième objet un procédé comprenant après 10 transformation thermomécanique d'une part un traitement thermique conforme au premier objet de l'invention pour relaxer les contraintes résiduelles et conformer la pièce selon une forme prédéterminée et d'autre part une gamme d'usinage d'ébauche caractérisé en ce que la gamme d'usinage précède ladite gamme de traitement thermique et en ce que lors de l'usinage la pièce est 15 plaquée et conformée contre un support de référence. De manière contraire à la pratique courante, les inventeurs ont pu constater que grâce au traitement thermique selon le premier objet de l'invention, il était possible de réaliser l'usinage d'ébauche avant le traitement thermique de relaxation des contraintes dans la pièce. En effet, la pratique veut 20 que les usinages d'ébauches et de finitions soient réalisés après les traitements thermiques de relaxation, sous !a température de bêta transus par exemple à des températures inférieures à 730°C, pour usiner une pièce ayant au départ un minimum de contraintes internes es1duelles de manlere a (Juter de fissurer ie IuLi- i Op 1_ lir 1 Igt L')I11dy' t C nrès Î hHMIqULiS pour DPI lfll en (op elneus 0:Jetions U e serda suite' aux te; en-lents ,r i e 'Ode( e icee est. rm( Ji d'usinage soient reproductibles d Pues 055 paramètr 0 wir I-rll 6".; rA rl Ces rrl tl C l'usinage d'ébauche, d'essayer d'éviter de déformer la pièce en pratiquant des refroidissements Cents et, pendant les phases de traitement thermiques, au-dessus du bêta transus, visant à obtenir les propriétés mécaniques de l'alliage de maintenir la pièce dans une forme déterminée en contraignant celle-ci par exempte à l'aide d'outils de brida e. Cependant ces refroidissements lents et ces traitements de relaxation pratiqués jusqu'alors n'étaient pas suffisants pour éliminer toutes les contraintes internes dans la pièce et pour conformer la pièce selon une forme déterminée. Par ailleurs le fait de contraindre ta pièce selon une forme déterminée lors de traitements thermiques réalisés au-dessus de la température de beta transus n'empêchait pas la pièce de se détendre et de se re-déformer une fois la pièce libérée de ses brides. Il arrive donc fréquemment qu'avant usinage la pièce à usiner contienne encore des contraintes internes et soit encore déformée malgré les précautions prises en amont. Il devient alors très difficile de respecter les tolérances dimensionnelles finales visées. Par ailleurs, lors des opérations d'usinage, les outils de coupes exercent une pression importante sur la pièce qui génèrent des contraintes internes supplémentaires surtout lorsqu'il s'agit d'opérations d'usinage d'ébauche où les paramètres d'usinage sont plus contraignants pour la pièce qu'en usinage dit de finition. En effet, pour les types de pièces précitées et lors des opérations d'usinage d'ébauche, tes profondeurs de passes d'usinage sont régulièrement supérieures à :? mm alors que lors des opérations d'usinage de finition les profondeurs de passes d'usinage n excèdent pas ? mm et sont souvent '.'gaimnl 1` )IJS rapICde Chu' peuvent u';lgnienter 'e5 Cletor'~,at uns _ie ie E'(e 0~1 ~r0`rOC r de ~ oc pt .r.~~ J~ ri '()tni nr ultériel it a Dnti it ir tnermo-rr.v am ~nr ;'r~r lge= ,ruches rau tr 'ment ïln(E ,ont suopieml enrd1res elaxati Les inventeurs ont pu constater que lorsque le traitement thermique permettait de conformer efficacement la pièce selon une forme déterminée et permettait de réduire suffisamment les contraintes internes de manière à éviter que la pièce ne se re-déforme ou fissures prématurément après traitement thermique, il n'était pas nécessaire avant le 1 h H de procéder à une gestion spécifique des contraintes. Par conséquent les inventeurs ont pu déterminer qu'il était possible de réaliser l'usinage d'ébauche avant le traitement thermique de relaxation selon l'invention à condition de pourvoir respecter pour chaque pièce (ou au moins pour les surfaces principales de chaque pièce) pendant les opérations d' usinages d'ébauches, un dimensionnel déterminé et constant d'une pièce à une autre de manière à ce que les paramètres et référentiels d'usinage soient répétables d'une pièce à une autre et de manière à pouvoir respecter les tolérances dimensionnels requises pour la pièce finale. Ceci est obtenu selon l'invention en plaquant et conformant la pièce contre un support de référence. Plus précisément et comme représenté en figure 7 (vue schématique où les bavures de matriçage (5) sont volontairement exagérées pour la bonne compréhension), il s'agit de la ou des bavures formées autour de la pièce et issues de la dernière opération de matriçage qui sont pincées contre un ou plusieurs supports de référence pour permettre de conformer l'ensemble de la pièce. En effet en exerçant un ensemble de pressions ponctuelles sur les bavures, pour que les pièces soient plaquées et déformées contre le ou !es supports de référence, on provoque indirectement une conformation de l'ensemble de la pieu, selon l ne geometrie déterminée et: L s pas-aces solen tordeurs titi-ancre; cens _afin' position e . raidir (l'une neome` e UionneE' tt da ait- ec . une étire et afin La ou les bavures de la pièce sont plaquées contre le ou les supports de référence à l'aide de brides (mécaniques ou hydrauliques) ou tout autres outillages permettant d'appliquer une série de pressions ponctuelles pour pincer les bavures de matriçage contre des appuis ponctuels formés sur le ou les supports. La position des appuis ponctuels détermine donc la géométrie de la pièce. De manière contraire à l'usage, dans le cadre de linvention les bavures ne sont pas supprimées après la dernière opération de matriçage pour offrir des zones de pincement entre les brides et le/les supports de référence, et de manière à conformer la pièce comme précité sans gêner les opérations d'usinage qui peuvent être réalisées de part et d'autre de la pièce et des bavures en une seule fois, c'est-à-dire sans être obligé de désolidéraliser et repositionner la pièce entre deux étapes d'usinage. Par ailleurs, en pinçant les bavures de la pièce on évite de marquer/détériorer les surfaces fonctionnelles/utiles de la pièce. 15 A ce stade on précise qu'il est connu de l'art antérieur d'utiliser des brides et des outillages pour fixer et maintenir des pièces à usiner mais jusqu'à présent il n'était pas connu de plaquer et conformer ces pièces contre un ou plusieurs supports de référence en utilisant de surcroît les bavures de matriçage comme zone de pincement. 20 Après usinage, la pièce renferme une quantité importante de contraintes internes oui proviennent des contraintes ':thermiques cristallographiques ICa Du fait de ces contraintes et après usinage, iorsqu' on !ibère la pièce celle-ci se détend et se re-déforme. Cependant et grâce à l'efficacité du traitement thermique selon l'invention ces derniers défauts sont corrigés lors du traitement thermique selon l'invention qui permet à [a pièce de retrouver une forme calibrée avec une réduction importante des contraintes internes pour que la pièce rie se re-déforme pas et ne fissure pas prématurément lors du refroidissement ou ultérieurement lorsqu'elle est soumise à des sollicitations thermo-mécaniques de fonctionnement. Lors du traitement thermique de relaxation, les pièces sont conformées selon une empreinte calibrée formée dans un outillage de conformation. Le traitement thermique est suivi d'une gamme d'usinage de finition dans laquelle les paramètres d'usinage (Profondeur de passe, vitesse de coupe, avance...) sont déterminés pour ne pas générer des contraintes à l'intérieur de la pièce qui pourraient entraîner des déformations ou des fissurations prématurées de la pièce. Les opérations d'usinage de finition génèrent peu de contraintes à l'intérieur de la pièce. Les profondeurs de passe et les vitesses d'avances sont plus faibles que lors des usinages d'ébauche. Après un tel usinage de finition, il n'est pas nécessaire de procéder à un traitement de relaxation des contraintes. Par ailleurs, il est préférable de procéder à un usinage de finition après le traitement thermique selon l'invention pour obtenir un bon état surface (rugosité et dureté) et supprimer les contaminations de surface générées lors du dernier traitement thermique arec _ris egec-- cilr^'r1l,-r3t 3 ''I'()Mn3C ( suite -e dpDdi-a eui geSCclUtiOfl )IWat'ee exemples t liner ecii ()ont doer pou e par rapport à un état de la technique escription prise dans incluant les exemples et les figures, fait partie intégrante de l'invention dans sa fonction et dans sa généralité. Ainsi, chaque exemple ou figure a une portée générale. D'autre part, dans !a description la température est exprimée en degré Celsius sauf indication contraire, et la pression est la pression atmosphérique, sauf indication contraire. L'invention va maintenant être décrite plus en détails à titre d'exemple non limitatif en se référant aux dessins ci-joints sur lesquels 10- La figure 1 est un logigramme montrant des étapes successives mettant en oeuvre un procédé conforme à l'invention pour obtenir une pièce en alliage de Titane ayant les propriétés mécaniques et dimensions finales requises La figure 2 est une vue isométrique 3 dimensions schématique de l'outillage selon l'invention 15- La figure 3 correspond à l'outillage selon figure 1 sur lequel est disposé un élément de cadre de porte à traiter de forme schématisée. La figure 4 correspond à l'outillage selon figure 1 représenté selon une coupe transversale et sur lequel est disposé plusieurs éléments de cadre de porte. 20- La figure 5 représente deux outillages selon l'invention sur une sole mobile sortie d'un four de traitement. Les figures 6e, 6h et 6c correspondent a l'outillage selon la figure 1 représente selon 'ne coupe longitudinale passant par une empreinte de j (J i uu ri sresE ru' qui est plage ( Le cont prieurs ',JJr)()' ,1")) uicemen d ~ ~. t a o,iiiur br position nient deux app d'un ou de plusieurs supports de référence (15) dépend généralement de la taille de la pièce. Les procédés et outillage selon l'invention ont été mis en oeuvre pour réaliser des éléments formant partie d'un cadre de porte pour aéronef. Ces éléments ont une forme courbe et élancée telle que schématisée en figure 3 avec une épaisseur moyenne typiquement de 25 mm, un diamètre équivalent de 50 mm, une longueur de 4 mètre et présente une cambrure simple. Nous faisons remarquer à ce stade que le procédé selon l'invention est adapté à des formes de pièces plus complexes présentant par exemple plusieurs cambrures avec éventuellement des surfaces vrillées. Les éléments ont été réalisés à partir de lingots en alliage de Titane TA6V élaboré de manière standard (Figure 1 , étape « a » du logigramme). La composition exacte du TA6V élaboré était la suivante : Al : 6,15 / : 3,82 Fe : 0,17 20- 0 : 0,15 ^ :0,05 N : 0,02 H :0,005 iàiDo^ di'Uf de uiemei ;di h /ad Après forgeage les billettes obtenues ont été débitées pour obtenir des billettes plus petites de volume déterminé correspondant au volume de la préforme de l'élément de cadre de porte avant usina Ensuite les billettes de section circulaires on été forgées pour obtenir des carrés qui ont été matricés en une ou plusieurs étapes pour obtenir des demi-produits ayant déjà une forme proche des pièces finies, ci-après désigné la « préforme» de l'élément de cadre de porte. De manière contraire à ce qui était connu les bavures issues du matriçage 10 ne sont pas supprimées suite à la dernière étape de matriçage mais préservées pour offrir des zones de pincement / bridage sur un support de référence lors de l'usinage. A ce stade et du aux différentes étapes de transformation thermo- mécaniques, les préformes sont déformées et renferment grand nombre de 15 contraintes internes susceptibles de provoquer des déformations ultérieures plus importantes ou des ruptures prématurées de la pièce notamment lors des opérations d'usinage d'ébauche. Conformément à l'invention les préformes sont préparées pour subir les usinages d'ébauche. De manière contraire à la pratique, les usinages d'ébauche 20 des préformes sont réalisés dans le cadre de l'invention avant le traitement thermique de relaxation des contraintes et de conformation. Pendant les opérations d'usinage, les préformes (1) sont plaquées via leur bavure de atriçece contre piusieurs supports de référence (15) à `'aide de brides (10a, ocu dcs i( !û, if )osdiou s supports ri r tdrrrn, e f I 13) a `o cc suffisant. pou con unau neon L'outillage est dimensionné de telle sorte que les vitesses de refroidissement soient sensiblement constantes quelque sait la section (ou tranche), pièce plus outillage, considérée. Les épaisseurs de l'outillage béton sont ainsi dimensionnées en tenant compte des variations d'épaisseur de la pièce et du rapport des coefficients de diffusion thermique de la pièce par rapport à l'outillage. On comprend aisément que lorsque la zone de la pièce considérée est épaisse l'épaisseur correspondante de l'outillage sous cette zone est plutôt faible comparée à l'épaisseur moyenne de l'outillage et lorsque la zone de la pièce considérée est mince l'épaisseur correspondante de l'outillage sous cette zone est plutôt importante comparée à l'épaisseur moyenne de l'outillage. L'outillage de conformation sur lequel les préformes usinées reposent peut par exemple comprendre une dizaine d'empreintes. L'outillage de conformation est placé avec les préformes à traiter dans une enceinte de traitement thermique. L'outillage de conformation peut être placé sur une sole mobile avec un ou plusieurs autres outillages de conformation (cf figure 5 montrant 2 outillages de conformation). Le traitement thermique de relaxation (figure 1 bloc « d ») et de 20 conformation a été effectué comme suit : Montée en température à une vitesse d'environ 5°C/ min (plus on monte vite et moins on besoin de rester longtemps en bèta transus pour relaxer de la pièce pour éviter e Gr ment de grains dans des zones qui ont refroidi plus n sent h SLas dL bt te t` ,n fonction te 1 ten'pérut'r1'e en tin ormes-usi us ent des défau deformations importante par rapport. tcmperatures ont des an_sus qui pour ie TA6V est dans ompos;" 1 Exacte., Les pre`ornr Lors du traitement thermique au-dessus de bêta transus, les préformes ont fluées librement sous l'effet de leur propre poids pour prendre la forme des empreintes calibrées. Par ailleurs, à des températures supérieures à la température de bêta transus, l'alliage subit une transformation allotropique où la phase Alpha de structure cristallographique hexagonale compacte se transforme en phase cubique centrée dite phase Bêta. Lors de cette transformation les contraintes résiduelles, notamment apparues dans la pièce lors des précédentes étapes de transformation thermo-mécaniques, et qui sont d'origines thermiques et cristallographiques sont libérées. Par ailleurs, dans une structure cubique centrée, la mobilité des dislocations est plus grande ce qui favorise également la libération des contraintes internes. Ces relaxations des contraintes permettent d'éviter lors du refroidissement et à des températures de service plus basses : des nouvelles déformations de la pièce, des tapures ou des fissures dans la pièces. Les préformes ont ensuite été refroidies à l'air en dehors du four de traitement soit à une vitesse de refroidissement comprise entre 10 et 30°C min. Les vitesses de refroidissement à l'intérieur des préformes ont été homogènes notamment grâce à l'utilisation de l'outillage composite en béton. Ainsi le refroidissement rapide des préformes usinées depuis des températures supérieures au téta transes a permis de faire apparat-te, dans le domaine Alpha- t»i-i')nd aile(' Urie alquiilots iHeS d-granUieili"Et t. itildu ies de POUVeil-JU MOLO,«rei-li. opposes prOpaqatlOnS )ide ales etormiei lors rie son doui de m( résistance mis que, bonne te ~anatinn an erg' aleatoir?e opposent recroisc tout Le refroidissement homogène des préformes-usinées obtenu notamment grâce au matériau utilisé pour l'outillage permet d'éviter la génération de contraintes thermiques internes et d'éviter des déformations des préformes (ors du refroidissement ou ultérieurement lorsque les éléments de cadre de porte 5 sont soumis à des contraintes thermo-mécaniques d'usage. Un avantage du béton est également son coefficient de dilatation thermique proche de celui du titane permettant aux empreintes calibrées d'avoir des variations dimensionnelles dues aux dilations thermiques, par exemple à 1060'C , qui soient proches de celles des pièces en titane ou en alliage de titane 10 selon l'invention. Ainsi, les dimensions des préformes obtenues après traitement sont mieux maîtrisées. Le béton utilisé pour réaliser l'outillage selon l'invention a de préférence un coefficient de dilatation thermique compris entre environ 3,5 et 7 * 10-6 0K-1 alors que celui du titane est compris entre environ 8 et 11 * 10-6 pour une 15 plage de T° comprise entre 100°C et 1100°C. Le traitement thermique associés à la forme des empreintes calibrées comprenant dans le cas présent 2 surfaces principales d'appui qui se coupent a permis de corriger les défauts de torsion et de cambrure (il est préférable d'avoir au moins deux surfaces d'appui inclinées l'une par rapport à l'autre pour corriger 20 les défauts de torsion). Après le traitement thermique selon l'invention et refroidissement jusqu'à température ambiante, les écarts mesurés par rapport aux dimensions de la piece visee étaient, inférieurs 4 mm voire inférieure a 2 mm les préformes clins] obtenues apres traitement selon l'invention était donc Qias ;nui efoi me' ui JrIL aliio d respecter s il) ,s iD(c 3, sont ie lie s de i' e ildee c on`orniu n er béton ti lacé trar i ner préform ons pour obten des éléments de cac rte. Du fa 30 ies profonde! ir MOIrl /ni ria m de cage d'ébauche) et des faibles avances pratiquées lors de tefs usinages qui sont finalement très peu contraignants pour les préformes, il n'est pas nécessaire de procéder à un nouveau traitement de relaxation des contraintes , REVENDICATIONS1. Procédé de préparation d'une pièce en alliage de titane, caractérisé en ce que le procédé comprend un traitement thermique pour relaxer les contraintes internes d'une pièce en alliage de titane ayant préalablement subi au moins une étape de transformation thermomécanique, le procédé étant caractérisé en ce que le traitement thermique comprend un maintien à une température «Ti » supérieure à la température de bêta transus (transition bêta), le dite « Tbt » et en ce que la pièce est libre de se déformer par fluage. 2. Procédé, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'alliage de titane est de type alpha-beta. 3. Procédé, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le maintien à la température Tl est réalisé pendant un temps suffisant pour permettre la pleine transformation dans l'alliage d'une microstructure hexagonale compacte à une microstructure cubique centrée. 4. Procédé, selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la 20 température T1 est supérieure d'au moins 5°C à Tbt, et de préférence supérieure d'au moins 10°C à Tbt. 5. Procédé. selon l'une quelconque des evendicetions Pr.'( eue 5 3 t_10 ~nutes, ~t érence pendant U â 60 m r sites, Der 1 r~°C a 1.060°C. n l'une quelco, revenen uite aint ipérature T Issement ' inter de préfé 27300C/min comme par exemple à l'air , de préférence en dehors du four de traitement. 7. Procédé, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pièce en alliage de titane est disposée pour le traitement de relaxation des contraintes dans un outillage de conformation comprenant une ou plusieurs empreintes calibrées pour recevoir une pièce à relaxer, ledit outillage de conformation étant réalisé de préférence en au moins un matériau unique ou composite dont l'inertie thermique est supérieure à celle du titane ou de l'alliage de titane et dont les variations dimensionnelles liées au fluage à la température Ti sont quasi inexistantes, voire nulle. 8. Procédé, selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'outillage de conformation est réalisé en béton ou en béton composite, de préférence comprenant des fibres courbes d'acier inoxydable avec une distribution isotrope. 9. Procédé, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend préalablement à l'étape de traitement thermique de relaxation des contraintes au moins une étape d'usinage. 10, Procédé, selon la revendication 9, caractérisé en ce que lors de l'étape d'usinage la pièce est Pidqui conformée contre au moins un support de erence, PrOCé.dé, Selon Lune CIL.. iue de ICI(,.atiOt", 9 OU id, C.dI'dCt.9qO dUe a p ace 's .. hi 3q JC' anforn- c contre 2fOrOUCO pru Har!UUciri.7 piUS ours _ ,