Brevet FR3097236A1 — publié le 20201218

Description Titre de l'invention : Alliages de titane ayant des propriétés mé- caniques améliorées Domaine technique de l'invention [0001] La présente invention concerne le domaine des alliages, plus particulièrement celui des alliages de titane. Etat de la technique antérieur [0002] Le titane et ses alliages sont très appréciés dans l'industrie du fait de leur haute ré- sistance spécifique et leur faible masse volumique (environ 4,5 g/cm9, inférieure de presque 40% à celle de l'acier. Ces paramètres ainsi que d'autres propriétés (haute résistance spécifique, résistance à la corrosion, biocompatibilité) rendent le titane et ses alliages très attractifs pour diverses applications dans de nombreux domaines tels que le biomédical ou encore l'aéronautique. Bien que connus pour leur excellente combinaison de propriétés mécaniques (faible densité alliée à une résistance mécanique élevée), les applications des alliages de titane sont encore limitées dans le domaine de l'aéronautique à cause de leur faible ductilité (déformation plastique à rupture en moyenne égale à 15%) et leur consolidation par l'écrouissage faible voire nulle. Le manque de ductilité de ces matériaux constitue un problème récurrent qui limite leur application. Il complique également les procédés de mise en forme qui sont, par voie de conséquence, complexes, multi-étapes et coûteux. [0003] Pour des pièces devant résister à de grandes déformations, par exemple des carters de turbomoteurs qui doivent assurer la rétention d'objets en cas d'ingestion de corps étrangers ou d'éclatement de pièces, les alliages de titane sont à privilégier par rapport aux aciers plus lourds et plus sensibles à la corrosion, par rapport aux alliages d'aluminium ayant une résistance spécifique inférieure et une tenue en température limitée, et par rapport aux composites à matrice organique ayant une tenue en température limitée, une mise en oeuvre compliquée et n'étant pas recyclables. D'autres pièces déjà fabriquées en alliage de titane, comme par exemple les bords d'attaque des aubes en composite et les aubes du compresseur, profiteraient d'une mise en forme facilitée et de propriétés mécaniques améliorées. Il serait alors possible d'obtenir une géométrie plus complexe se traduisant par une amélioration des performances, une meilleure accroche entre les éléments en titane et les éléments en composite ou encore de réduire le poids des pièces. [0004] 11 existe donc un réel enjeu à développer de nouveaux alliages de titane présentant un écrouissage, ainsi qu'une ductilité élevés. [0005] Récemment, une nouvelle famille d'alliages de titane, les alliages TRIP 2 (« TRansformation lnduced Plasticity » ou plasticité induite par transfonnation) et TW1P (« TWinning lnduced Plasticity » ou plasticité induite par maclage) décrits clans le document. FR 3027921, a été développée afin répondre à ce besoin, combinant une ductilité proche de 45% et un taux d'écrouissage élevé. [0006] Toutefois, la faible limite d'élasticité ( 3,5 ; - 2,77 600MPa) et de la résistance mécanique (>1300MPa) tout en conservant une ductilité élevée (déformation à rupture >30%) sont en rupture technologique par rapport aux performances des alliages de titane connus. Exemple [0075] Fabrication de l'alliage Ti-7Cr-1A1-1Fe Un lingot d'alliage Ti-7Cr- I AI-1 Fe a été fabriqué grâce à un four à arc sous atmosphère d'argon, à partir d'éponge de Ti de pureté industrielle et d'éléments d'additions industriels. L'alliage final respecte la composition suivante : 7% en poids de chrome, 1% en poids d'aluminium et 1% en poids de fer, le reste étant complété par du titane, de l'oxygène et une ou plusieurs impuretés éventuelles. Ce lingot a été laminé pour obtenir des plaques de 0,5 mm d'épaisseur, traitées ensuite dans le domaine [3, suivi d'un refroidissement rapide. Des éprouvettes de traction plates ont ensuite été découpées afin de pouvoir réaliser les essais de traction (figures 2 et 3) et déformées à 5% pour les observations microstructurales (figures 4 à 6) présentés ci-dessus. 11 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] REVENDICATIONSAlliage comprenant des éléments d'addition en substitution et un ou plusieurs élément(s) d'addition en insertion, selon un pourcentage en poids par rapport au poids total de l'alliage : - de 5 à 9% de chrome en substitution ; - de 0,3 à 2% d'aluminium en substitution et/ou de 0,3 à 6% d'étain en substitution ; - de 0,2 à 1,5% de fer en substitution ; - de 0 à 1,5% de zirconium en substitution ; - de 0,03 à 0,22% d'oxygène en insertion ; le reste de l'alliage étant complété par du titane et une ou plusieurs impuretés éventuelles. Alliage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il vérifie les conditions suivantes, déterminées avec le titane et les éléments d'addition en substitution uniquement : - 13 3,5 ; - 2,77