CA2748380A1 - Procede de traitement thermique d'un alliage de titane, et piece ainsi obtenue - Google Patents
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Abstract
Procédé de traitement thermique d'un alliage de titane de type Ti 5-5-5-3 ayant, en pourcentages pondéraux, la composition suivante: entre 4,4 et 5,7 % d'aluminium; entre 4,0 et 5,5 % de vanadium; entre 0,30 et 0,50 % de fer; entre 4,0 et 5,5 % de molybdène; entre 2,5 et 3,5 % de chrome; entre 0,08 et 0,18 % d'oxygène; traces à 0,10 % de carbone; traces à 0,05 % d'azote; traces à 0,30 % de zirconium; traces à 0,15 % de silicium, le pourcentage résiduel étant du titane et des impuretés, caractérisé en ce qu'on effectue le traitement thermique dudit alliage selon: chauffage à un premier palier entre 810 et 840 °C et en dessous du ß- transus de l'alliage; maintien au premier palier pendant 1 à 3 heures; refroidissement jusqu'à un deuxième palier entre 760 °C et 800 °C sans réchauffement intermédiaire; maintien au deuxième palier pendant 2 à 5 heures; refroidissement jusqu'à l'ambiante; chauffage à un troisième palier entre 540 °C et 650 °C; maintien au troisième palier pendant 4 à 20 heures, puis refroidissement jusqu'à l'ambiante. Pièce obtenue par ce procédé.
Description
2 PCT/FR2009/052660 Procédé de traitement thermique d'un alliage de titane, et pièce ainsi obtenue La présente invention concerne l'alliage de titane Ti 5-5-5-3 (signifiant : 5 % d'aluminium, 5% de vanadium, 5% de molybdène, 3% de chrome sur base Titane) et plus particulièrement un traitement thermique de cet alliage dont le but est d'améliorer le niveau et l'uniformité de ses propriétés mécaniques.
L'alliage Ti 5-5-5-3 est un alliage de titane de type quasi-Beta qui présente à température ambiante deux phases Alpha (ci-après a ) et Beta (ci-après 3 ), et qui présente une transition 3 (ci-après P-transus ) entre un domaine où coexistent les phases a et p et le domaine de phase R pure. La température à laquelle est rencontré le P-transus varie entre 840'C et 8600 en fonction de la composition de l'alliage Ti 5-5-5-3. L'alliage Ti 5-5-5-3 est un alliage possédant à la fois une faible densité et une haute résistance mécanique.
C'est pourquoi il est très prisé dans les applications au domaine de l'aéronautique, pour réaliser par exemple des pièces de trains d'atterrissage et des pièces de structure.
Cependant cet alliage est très sensible aux défauts microstructuraux. Les pièces en Ti 5-5-5-3 sont généralement obtenues après des étapes de transformations thermomécaniques suivies d'étapes de traitements thermiques.
Les étapes de transformations thermomécaniques sont réalisées dans le domaine de phase Beta, c'est-à-dire à des températures qui sont supérieures à
la température de P-transus de l'alliage et auxquelles des grains de phase Beta constituent la matrice de l'alliage, puis dans le domaine de phase Alpha-Beta, c'est-à-dire à des températures qui sont inférieures à la température de P-transus de l'alliage.
Les demi-produits obtenus après les étapes de transformations thermomécaniques présentent, à température ambiante, une microstructure comprenant de la phase Alpha primaire sous forme de particules globulaires et de particules allongées, de la phase Alpha secondaire sous forme de particules en lamelles, et de la phase Beta. La phase Alpha primaire représente 10 à 30% de la structure. Dans la suite de cet exposé, quand on parlera d'un pourcentage de la structure représenté par une phase donnée, il faudra comprendre que, comme il est classique, ce pourcentage est mesuré par analyse d'image par micrographie optique : on mesure l'étendue de la surface occupée par ladite phase sur la micrographie par comparaison à une grille de référence.
Après des étapes de transformations thermomécaniques les pièces en alliage Ti 5-5-5-3 sont soumises à des traitements thermiques conventionnels pour obtenir les propriétés mécaniques désirées. Cependant après ces traitements thermiques, une grande dispersion dans les propriétés mécaniques des pièces en alliage Ti 5-5-5-3 persiste, notamment pour ce qui est des propriétés de ductilité, ténacité, résistance à la traction et tenue en fatigue, qui restent très anisotropes dans l'alliage.
Un traitement thermique commun de l'alliage Ti 5-5-5-3 consiste en la réalisation en succession :
- d'un traitement thermique de mise en solution à une température inférieure à la température de r3-transus de l'alliage, donc généralement entre 7000 et 815cC, pendant 2 à 4 heures, suivi d'un re froidissement à l'air jusqu'à la température ambiante ;
- et d'un traitement thermique de vieillissement entre 540'C et 650cC
pendant environ 8 heures, suivi d'un refroidissement à l'air jusqu'à la température ambiante.
La dispersion des propriétés mécaniques des pièces en alliage Ti 5-5-5-3 obtenues après des traitements thermiques conventionnels, est due à une hétérogénéité de la microstructure de l'alliage, qui est elle-même héritée de la texture initiale de l'alliage suite aux étapes de transformations thermomécaniques.
En particulier, après un traitement thermique conventionnel, l'alliage Ti 5-5-présente une distribution hétérogène de la phase Alpha au sein de la microstructure. Par ailleurs, après un traitement thermique conventionnel, la phase Alpha se présente sous forme de particules allongées selon une orientation privilégiée résultant de la direction de forgeage ou de laminage lors des dernières transformations thermomécaniques. Cette orientation privilégiée des particules de phase Alpha conduit à des propriétés mécaniques qui, mesurées selon une direction parallèle à celle des particules Alpha, sont acceptables, mais qui sont très insuffisantes dans une direction transverse à celle des particules Alpha.
L'alliage Ti 5-5-5-3 est un alliage de titane de type quasi-Beta qui présente à température ambiante deux phases Alpha (ci-après a ) et Beta (ci-après 3 ), et qui présente une transition 3 (ci-après P-transus ) entre un domaine où coexistent les phases a et p et le domaine de phase R pure. La température à laquelle est rencontré le P-transus varie entre 840'C et 8600 en fonction de la composition de l'alliage Ti 5-5-5-3. L'alliage Ti 5-5-5-3 est un alliage possédant à la fois une faible densité et une haute résistance mécanique.
C'est pourquoi il est très prisé dans les applications au domaine de l'aéronautique, pour réaliser par exemple des pièces de trains d'atterrissage et des pièces de structure.
Cependant cet alliage est très sensible aux défauts microstructuraux. Les pièces en Ti 5-5-5-3 sont généralement obtenues après des étapes de transformations thermomécaniques suivies d'étapes de traitements thermiques.
Les étapes de transformations thermomécaniques sont réalisées dans le domaine de phase Beta, c'est-à-dire à des températures qui sont supérieures à
la température de P-transus de l'alliage et auxquelles des grains de phase Beta constituent la matrice de l'alliage, puis dans le domaine de phase Alpha-Beta, c'est-à-dire à des températures qui sont inférieures à la température de P-transus de l'alliage.
Les demi-produits obtenus après les étapes de transformations thermomécaniques présentent, à température ambiante, une microstructure comprenant de la phase Alpha primaire sous forme de particules globulaires et de particules allongées, de la phase Alpha secondaire sous forme de particules en lamelles, et de la phase Beta. La phase Alpha primaire représente 10 à 30% de la structure. Dans la suite de cet exposé, quand on parlera d'un pourcentage de la structure représenté par une phase donnée, il faudra comprendre que, comme il est classique, ce pourcentage est mesuré par analyse d'image par micrographie optique : on mesure l'étendue de la surface occupée par ladite phase sur la micrographie par comparaison à une grille de référence.
Après des étapes de transformations thermomécaniques les pièces en alliage Ti 5-5-5-3 sont soumises à des traitements thermiques conventionnels pour obtenir les propriétés mécaniques désirées. Cependant après ces traitements thermiques, une grande dispersion dans les propriétés mécaniques des pièces en alliage Ti 5-5-5-3 persiste, notamment pour ce qui est des propriétés de ductilité, ténacité, résistance à la traction et tenue en fatigue, qui restent très anisotropes dans l'alliage.
Un traitement thermique commun de l'alliage Ti 5-5-5-3 consiste en la réalisation en succession :
- d'un traitement thermique de mise en solution à une température inférieure à la température de r3-transus de l'alliage, donc généralement entre 7000 et 815cC, pendant 2 à 4 heures, suivi d'un re froidissement à l'air jusqu'à la température ambiante ;
- et d'un traitement thermique de vieillissement entre 540'C et 650cC
pendant environ 8 heures, suivi d'un refroidissement à l'air jusqu'à la température ambiante.
La dispersion des propriétés mécaniques des pièces en alliage Ti 5-5-5-3 obtenues après des traitements thermiques conventionnels, est due à une hétérogénéité de la microstructure de l'alliage, qui est elle-même héritée de la texture initiale de l'alliage suite aux étapes de transformations thermomécaniques.
En particulier, après un traitement thermique conventionnel, l'alliage Ti 5-5-présente une distribution hétérogène de la phase Alpha au sein de la microstructure. Par ailleurs, après un traitement thermique conventionnel, la phase Alpha se présente sous forme de particules allongées selon une orientation privilégiée résultant de la direction de forgeage ou de laminage lors des dernières transformations thermomécaniques. Cette orientation privilégiée des particules de phase Alpha conduit à des propriétés mécaniques qui, mesurées selon une direction parallèle à celle des particules Alpha, sont acceptables, mais qui sont très insuffisantes dans une direction transverse à celle des particules Alpha.
3 Le but de l'invention est d'améliorer le niveau et l'uniformité des propriétés mécaniques d'une pièce en alliage de Titane Ti 5-5-5-3 tout en évitant les inconvénients de l'art antérieur précités.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement thermique de l'alliage de titane Ti 5-5-5-3, dont la composition, en pourcentages pondéraux, est la suivante :
- entre 4,4 et 5,7% d'aluminium, - entre 4,0 et 5,5% de vanadium, - entre 0,30 et 0,50% de fer, - entre 4,0 et 5,5% de molybdène, - entre 2,5 et 3,5% de chrome, - entre 0,08 et 0,18% d'oxygène, - traces à 0,10% de carbone, - traces à 0,05% d'azote, - traces à 0,30% de zirconium, - traces à 0,15% de silicium, le pourcentage résiduel étant du titane et des impuretés résultant de l'élaboration.
Le procédé de traitement thermique selon l'invention comprend les étapes successives suivantes :
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un premier palier thermique comprise entre 810 et 840CC et inférieure à la température de R
transus de l'alliage ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du premier palier pendant 1 à 3 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température d'un deuxième palier comprise entre 760CC et 800e sans réchauffement in termédiaire ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du deuxième palier pendant 2 à 5 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température ambiante ;
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un troisième palier comprise entre 540e et 650e ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du troisième palier pendant 4 à 20 heures, puis on le refroidit jusqu'à la température ambiante.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de traitement thermique de l'alliage de titane Ti 5-5-5-3, dont la composition, en pourcentages pondéraux, est la suivante :
- entre 4,4 et 5,7% d'aluminium, - entre 4,0 et 5,5% de vanadium, - entre 0,30 et 0,50% de fer, - entre 4,0 et 5,5% de molybdène, - entre 2,5 et 3,5% de chrome, - entre 0,08 et 0,18% d'oxygène, - traces à 0,10% de carbone, - traces à 0,05% d'azote, - traces à 0,30% de zirconium, - traces à 0,15% de silicium, le pourcentage résiduel étant du titane et des impuretés résultant de l'élaboration.
Le procédé de traitement thermique selon l'invention comprend les étapes successives suivantes :
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un premier palier thermique comprise entre 810 et 840CC et inférieure à la température de R
transus de l'alliage ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du premier palier pendant 1 à 3 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température d'un deuxième palier comprise entre 760CC et 800e sans réchauffement in termédiaire ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du deuxième palier pendant 2 à 5 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température ambiante ;
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un troisième palier comprise entre 540e et 650e ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du troisième palier pendant 4 à 20 heures, puis on le refroidit jusqu'à la température ambiante.
4 Les paliers de traitement thermique précités sont réalisés à des températures sous la température de P-transus de l'alliage Ti 5-5-5-3.
Comme précédemment expliqué, la microstructure de l'alliage après des transformations thermomécaniques (forgeage ou laminage, par exemple) est hétérogène. Le premier palier selon l'invention permet d'homogénéiser la microstructure de l'alliage qui a été marquée par les transformations thermomécaniques qui ont précédé. La température du premier palier est, de peu, inférieure à la température de P-transus de l'alliage Ti-5-5-5-3, de manière à
mettre en solution un maximum de phase Alpha sans pour autant supprimer cette phase qui reste nécessaire pour éviter une augmentation excessive de la taille du grain. En effet, sans une quantité minimale de phase Alpha, les grains de phase Beta grossiraient de manière incontrôlée en entraînant une diminution importante des propriétés mécaniques, notamment de la résistance à la traction. De préférence, la température et la durée du premier palier sont déterminées pour obtenir à l'issue du premier palier une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et
Comme précédemment expliqué, la microstructure de l'alliage après des transformations thermomécaniques (forgeage ou laminage, par exemple) est hétérogène. Le premier palier selon l'invention permet d'homogénéiser la microstructure de l'alliage qui a été marquée par les transformations thermomécaniques qui ont précédé. La température du premier palier est, de peu, inférieure à la température de P-transus de l'alliage Ti-5-5-5-3, de manière à
mettre en solution un maximum de phase Alpha sans pour autant supprimer cette phase qui reste nécessaire pour éviter une augmentation excessive de la taille du grain. En effet, sans une quantité minimale de phase Alpha, les grains de phase Beta grossiraient de manière incontrôlée en entraînant une diminution importante des propriétés mécaniques, notamment de la résistance à la traction. De préférence, la température et la durée du premier palier sont déterminées pour obtenir à l'issue du premier palier une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et
5%.
Le deuxième palier selon l'invention est déterminé pour précipiter une phase Alpha primaire de type globulaire équiaxe. Grâce au premier palier qui a permis d'homogénéiser la microstructure de l'alliage, les nouveaux germes de phase Alpha apparaissent selon une distribution homogène dans la microstructure de l'alliage et leur croissance s'effectue de manière équiaxe au cours du deuxième palier pour former des particules de phase Alpha primaire de type globulaire.
Ainsi, à l'issue du deuxième palier, la microstructure de l'alliage est homogène et les deux premiers paliers thermiques réalisés selon l'invention ont permis d'obtenir une globularisation homogène de la phase Alpha primaire au sein de la microstructure, et une proportion suffisante de cette phase Alpha primaire.
Grâce au traitement thermique selon l'invention, l'alliage Ti 5-5-5-3 présente des propriétés mécaniques (ductilité, ténacité, résistance à la traction et tenue en fatigue) qui sont homogènes et améliorées. De manière plus spécifique, la présence de phase Alpha primaire de type globulaire répartie de manière homogène améliore nettement la ductilité de l'alliage.
Les inventeurs ont pu mettre en évidence que le compromis résistance à
la traction / ductilité de l'alliage était optimal lorsqu'à l'issue du deuxième palier la quantité de phase Alpha primaire de type globulaire était comprise entre 10 et 15%. La température et la durée du deuxième palier du traitement thermique selon 5 l'invention sont donc de préférence déterminées pour obtenir, à l'issue du deuxième palier, une quantité de phase Alpha primaire de type globulaire comprise entre 10 et 15% dans une matrice de phase Beta. De préférence la température du deuxième palier est comprise entre 7700 et 7900.
Le premier palier est, de préférence, réalisé à une température comprise entre la température de P-transus moins 20 C et la température de P-transus moins 30CC et le deuxième palier est réalisé à une température comprise entre 770 et 790e.
Les premier et deuxième paliers sont, de préférence, réalisés successivement.
De préférence, la vitesse de refroidissement entre le premier palier et le deuxième palier est comprise entre 1,5C et 5C pa r minute, et le refroidissement à l'issue du deuxième palier est réalisé jusqu'à la température ambiante à une vitesse comprise entre 5C et 150CC par minute.
Le troisième palier est un palier dit de vieillissement tel que couramment pratiqué pour ce type d'alliage.
L'alliage de titane est maintenu à la température du troisième palier pendant 6 à 10 heures, de préférence pendant environ 8 heures.
L'invention a également pour objet une pièce en Alliage Ti 5-5-5-3, caractérisée en ce qu'elle a été obtenue à partir d'un demi-produit obtenu par le procédé de traitement thermique précédent.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une micrographie de l'alliage Ti 5-5-5-3 ayant subi un traitement thermique conventionnel avant vieillissement, - la figure 2 schématise un exemple des trois paliers de traitement thermique selon l'invention ,
Le deuxième palier selon l'invention est déterminé pour précipiter une phase Alpha primaire de type globulaire équiaxe. Grâce au premier palier qui a permis d'homogénéiser la microstructure de l'alliage, les nouveaux germes de phase Alpha apparaissent selon une distribution homogène dans la microstructure de l'alliage et leur croissance s'effectue de manière équiaxe au cours du deuxième palier pour former des particules de phase Alpha primaire de type globulaire.
Ainsi, à l'issue du deuxième palier, la microstructure de l'alliage est homogène et les deux premiers paliers thermiques réalisés selon l'invention ont permis d'obtenir une globularisation homogène de la phase Alpha primaire au sein de la microstructure, et une proportion suffisante de cette phase Alpha primaire.
Grâce au traitement thermique selon l'invention, l'alliage Ti 5-5-5-3 présente des propriétés mécaniques (ductilité, ténacité, résistance à la traction et tenue en fatigue) qui sont homogènes et améliorées. De manière plus spécifique, la présence de phase Alpha primaire de type globulaire répartie de manière homogène améliore nettement la ductilité de l'alliage.
Les inventeurs ont pu mettre en évidence que le compromis résistance à
la traction / ductilité de l'alliage était optimal lorsqu'à l'issue du deuxième palier la quantité de phase Alpha primaire de type globulaire était comprise entre 10 et 15%. La température et la durée du deuxième palier du traitement thermique selon 5 l'invention sont donc de préférence déterminées pour obtenir, à l'issue du deuxième palier, une quantité de phase Alpha primaire de type globulaire comprise entre 10 et 15% dans une matrice de phase Beta. De préférence la température du deuxième palier est comprise entre 7700 et 7900.
Le premier palier est, de préférence, réalisé à une température comprise entre la température de P-transus moins 20 C et la température de P-transus moins 30CC et le deuxième palier est réalisé à une température comprise entre 770 et 790e.
Les premier et deuxième paliers sont, de préférence, réalisés successivement.
De préférence, la vitesse de refroidissement entre le premier palier et le deuxième palier est comprise entre 1,5C et 5C pa r minute, et le refroidissement à l'issue du deuxième palier est réalisé jusqu'à la température ambiante à une vitesse comprise entre 5C et 150CC par minute.
Le troisième palier est un palier dit de vieillissement tel que couramment pratiqué pour ce type d'alliage.
L'alliage de titane est maintenu à la température du troisième palier pendant 6 à 10 heures, de préférence pendant environ 8 heures.
L'invention a également pour objet une pièce en Alliage Ti 5-5-5-3, caractérisée en ce qu'elle a été obtenue à partir d'un demi-produit obtenu par le procédé de traitement thermique précédent.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente une micrographie de l'alliage Ti 5-5-5-3 ayant subi un traitement thermique conventionnel avant vieillissement, - la figure 2 schématise un exemple des trois paliers de traitement thermique selon l'invention ,
6 - la figure 3 représente une micrographie de l'alliage Ti 5-5-5-3 ayant subi les premier et deuxième paliers de traitement thermique selon l'invention , - la figure 4 représente une micrographie de l'alliage précédent après qu'il a subi le troisième palier du traitement thermique selon l'invention.
Le procédé de traitement thermique de l'alliage Ti 5-5-5-3 selon l'invention s'applique à des pièces qui ont été, comme il est habituel, mises en forme suite à
une ou plusieurs étapes de transformations thermomécaniques réalisées dans le domaine de la phase Beta, suivies d'étapes réalisées dans le domaine de la phase Alpha-Beta. Ces étapes peuvent être des étapes de transformations thermomécaniques par laminage, forgeage ou matriçage.
Les pièces obtenues après de telles étapes de transformations thermomécaniques présentent à température ambiante une microstructure comprenant de la phase Alpha primaire sous forme de particules globulaires et de particules allongées, de la phase Alpha secondaire sous forme de particules en lamelles, et de la phase Beta. Suite aux étapes de transformations thermomécaniques, la texture de l'alliage est marquée (orientation des différentes morphologies de phase Alpha), et la microstructure de l'alliage est très hétérogène. En particulier, les particules de phases Alpha se présentent sous forme d'aiguilles qui sont réparties notamment au niveau des joints de grains de phase Beta. Les particules de phase Alpha peuvent être jointives et former des liserés qui ont un effet néfaste sur la résistance et la tenue à la fatigue et la ductilité de l'alliage.
Des traitements thermiques pour améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage Ti- 5-5-5-3 ont été étudiés intensivement. Cependant, ces traitements dits conventionnels ne permettent pas d'obtenir une microstructure de l'alliage homogène, de telle sorte que les propriétés mécaniques sont anisotropes au travers de l'alliage et insuffisantes pour répondre aux exigences les plus sévères que requièrent certaines applications, telles que les pièces pour train d'atterrissage.
En effet, comme le montre la micrographie de la figure 1, après un traitement thermique conventionnel et avant un traitement thermique de vieillissement, les particules de phase Alpha 1 ont des tailles et des distributions hétérogènes au sein de la microstructure 2 de l'alliage. Après traitement thermique
Le procédé de traitement thermique de l'alliage Ti 5-5-5-3 selon l'invention s'applique à des pièces qui ont été, comme il est habituel, mises en forme suite à
une ou plusieurs étapes de transformations thermomécaniques réalisées dans le domaine de la phase Beta, suivies d'étapes réalisées dans le domaine de la phase Alpha-Beta. Ces étapes peuvent être des étapes de transformations thermomécaniques par laminage, forgeage ou matriçage.
Les pièces obtenues après de telles étapes de transformations thermomécaniques présentent à température ambiante une microstructure comprenant de la phase Alpha primaire sous forme de particules globulaires et de particules allongées, de la phase Alpha secondaire sous forme de particules en lamelles, et de la phase Beta. Suite aux étapes de transformations thermomécaniques, la texture de l'alliage est marquée (orientation des différentes morphologies de phase Alpha), et la microstructure de l'alliage est très hétérogène. En particulier, les particules de phases Alpha se présentent sous forme d'aiguilles qui sont réparties notamment au niveau des joints de grains de phase Beta. Les particules de phase Alpha peuvent être jointives et former des liserés qui ont un effet néfaste sur la résistance et la tenue à la fatigue et la ductilité de l'alliage.
Des traitements thermiques pour améliorer les propriétés mécaniques de l'alliage Ti- 5-5-5-3 ont été étudiés intensivement. Cependant, ces traitements dits conventionnels ne permettent pas d'obtenir une microstructure de l'alliage homogène, de telle sorte que les propriétés mécaniques sont anisotropes au travers de l'alliage et insuffisantes pour répondre aux exigences les plus sévères que requièrent certaines applications, telles que les pièces pour train d'atterrissage.
En effet, comme le montre la micrographie de la figure 1, après un traitement thermique conventionnel et avant un traitement thermique de vieillissement, les particules de phase Alpha 1 ont des tailles et des distributions hétérogènes au sein de la microstructure 2 de l'alliage. Après traitement thermique
7 conventionnel, la phase Alpha 1 se présente par ailleurs sous forme de particules allongées, orientées selon une orientation privilégiée résultant de la direction de forgeage ou de laminage lors des dernières étapes de transformations thermomécaniques. Cette orientation privilégiée des particules de phases Alpha ne permet pas d'obtenir des propriétés mécaniques isotropes au sein de l'alliage.
L'un des objectifs du traitement thermique selon l'invention est donc d'homogénéiser la microstructure de l'alliage Ti 5-5-5-3.
Les inventeurs ont mis au point un traitement thermique optimisé de l'alliage Ti 5-5-5-3 tel que schématisé sur la figure 2 et comprenant les étapes et les paliers suivants :
- un chauffage 3 de l'alliage de titane à la température d'un premier palier thermique, comprise entre 810 et 8400, et située u n peu en dessous de la température de P-transus de l'alliage ;
- un maintien 4 de l'alliage de titane à la température du premier palier pendant 1 à 3 heures ;
- un refroidissement 5 de l'alliage de titane jusqu'à la température d'un deuxième palier comprise entre 7600 et 800'C, de p référence, comme représenté, effectué sans maintien de l'alliage à une température qui serait intermédiaire entre celles du premier et du deuxième palier tels que décrits.
Un refroidissement de l'alliage depuis le premier palier qui porterait l'alliage à une température inférieure à celle du deuxième palier et nécessiterait donc un réchauffage doit être évité ;
- un maintien 6 de l'alliage de titane à la température du deuxième palier pendant 2 à 5 heures ;
- un refroidissement 7 de l'alliage de titane jusqu'à la température ambiante ;
- un chauffage 8 de l'alliage de titane à la température d'un troisième palier 9 comprise entre 540CC et 650CC ;
- un maintien 9 de l'alliage de titane à la température du troisième palier 9 pendant 4 à 20 heures, suivi par un refroidissement 10 jusqu'à la température ambiante, ce refroidissement étant normalement effectué à l'air.
Le premier palier 4 situé entre 810e et 840e et u n peu plus bas que la température de r3-transus de l'alliage, selon l'invention, permet d'homogénéiser la
L'un des objectifs du traitement thermique selon l'invention est donc d'homogénéiser la microstructure de l'alliage Ti 5-5-5-3.
Les inventeurs ont mis au point un traitement thermique optimisé de l'alliage Ti 5-5-5-3 tel que schématisé sur la figure 2 et comprenant les étapes et les paliers suivants :
- un chauffage 3 de l'alliage de titane à la température d'un premier palier thermique, comprise entre 810 et 8400, et située u n peu en dessous de la température de P-transus de l'alliage ;
- un maintien 4 de l'alliage de titane à la température du premier palier pendant 1 à 3 heures ;
- un refroidissement 5 de l'alliage de titane jusqu'à la température d'un deuxième palier comprise entre 7600 et 800'C, de p référence, comme représenté, effectué sans maintien de l'alliage à une température qui serait intermédiaire entre celles du premier et du deuxième palier tels que décrits.
Un refroidissement de l'alliage depuis le premier palier qui porterait l'alliage à une température inférieure à celle du deuxième palier et nécessiterait donc un réchauffage doit être évité ;
- un maintien 6 de l'alliage de titane à la température du deuxième palier pendant 2 à 5 heures ;
- un refroidissement 7 de l'alliage de titane jusqu'à la température ambiante ;
- un chauffage 8 de l'alliage de titane à la température d'un troisième palier 9 comprise entre 540CC et 650CC ;
- un maintien 9 de l'alliage de titane à la température du troisième palier 9 pendant 4 à 20 heures, suivi par un refroidissement 10 jusqu'à la température ambiante, ce refroidissement étant normalement effectué à l'air.
Le premier palier 4 situé entre 810e et 840e et u n peu plus bas que la température de r3-transus de l'alliage, selon l'invention, permet d'homogénéiser la
8 microstructure de l'alliage marquée par les étapes précédentes de transformations thermomécaniques, et de mettre en solution un maximum de phase Alpha, mais sans pour autant supprimer complètement cette phase Alpha. De préférence, la température et la durée du premier palier 4 sont déterminées pour obtenir à
l'issue du premier palier 4 une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et 5%. Une teneur minimale de 2 % permet d'éviter que les grains de phase Beta ne grossissent de manière incontrôlée, ce qui aurait pour conséquence de réduire considérablement les caractéristiques mécaniques de l'alliage notamment les propriétés mécaniques en traction. Et une teneur de phase Alpha inférieure à
5%
est préférable pour permettre une bonne homogénéisation de la microstructure de l'alliage, et notamment pour rompre les liserés de phase Alpha qui se sont formés suite aux traitements thermomécaniques.
Comme précédemment expliqué la température de P-transus varie en fonction de la composition exacte de l'alliage Ti 5-5-5-3. Pour atteindre la quantité
de phase Alpha requise, la température du premier palier 4 est déterminée en fonction de la composition exacte de l'alliage Ti 5-5-5-3 et de sa température de 3-transus. Pour atteindre la quantité de phase Alpha préférentiellement requise, le premier palier 4 est réalisé à une température comprise entre la température de 3-transus moins 20 C et la température de P-transus moins 30'C, indépendamment de la composition du Ti 5-5-5-3.
La durée du premier palier 4 est comprise entre 1 à 3 heures et est fonction notamment de la géométrie et de la massivité (diamètre, épaisseur) de la pièce. Plus la pièce est massive et plus la durée du palier est importante.
Le deuxième palier 6, entre 7600 et 800'C selon l'invention, est déterminé pour permettre la précipitation de la phase Alpha primaire de type globulaire. Grâce au premier palier qui a permis d'obtenir une microstructure homogène de l'alliage, les nouveaux germes de phase Alpha apparaissent, au cours du deuxième palier 6, selon une distribution homogène dans la matrice Beta de l'alliage, et la croissance des germes Alpha s'effectue de manière équiaxe au cours du deuxième palier 6 pour former des particules de phase Alpha primaire de type globulaire 11, comme on le voit sur la figure 3.
Ainsi à l'issue du deuxième palier 6, la microstructure de l'alliage est homogène et le traitement thermique selon l'invention permet, par ailleurs,
l'issue du premier palier 4 une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et 5%. Une teneur minimale de 2 % permet d'éviter que les grains de phase Beta ne grossissent de manière incontrôlée, ce qui aurait pour conséquence de réduire considérablement les caractéristiques mécaniques de l'alliage notamment les propriétés mécaniques en traction. Et une teneur de phase Alpha inférieure à
5%
est préférable pour permettre une bonne homogénéisation de la microstructure de l'alliage, et notamment pour rompre les liserés de phase Alpha qui se sont formés suite aux traitements thermomécaniques.
Comme précédemment expliqué la température de P-transus varie en fonction de la composition exacte de l'alliage Ti 5-5-5-3. Pour atteindre la quantité
de phase Alpha requise, la température du premier palier 4 est déterminée en fonction de la composition exacte de l'alliage Ti 5-5-5-3 et de sa température de 3-transus. Pour atteindre la quantité de phase Alpha préférentiellement requise, le premier palier 4 est réalisé à une température comprise entre la température de 3-transus moins 20 C et la température de P-transus moins 30'C, indépendamment de la composition du Ti 5-5-5-3.
La durée du premier palier 4 est comprise entre 1 à 3 heures et est fonction notamment de la géométrie et de la massivité (diamètre, épaisseur) de la pièce. Plus la pièce est massive et plus la durée du palier est importante.
Le deuxième palier 6, entre 7600 et 800'C selon l'invention, est déterminé pour permettre la précipitation de la phase Alpha primaire de type globulaire. Grâce au premier palier qui a permis d'obtenir une microstructure homogène de l'alliage, les nouveaux germes de phase Alpha apparaissent, au cours du deuxième palier 6, selon une distribution homogène dans la matrice Beta de l'alliage, et la croissance des germes Alpha s'effectue de manière équiaxe au cours du deuxième palier 6 pour former des particules de phase Alpha primaire de type globulaire 11, comme on le voit sur la figure 3.
Ainsi à l'issue du deuxième palier 6, la microstructure de l'alliage est homogène et le traitement thermique selon l'invention permet, par ailleurs,
9 d'obtenir une globularisation homogène de la phase Alpha primaire 11 au sein de la microstructure (voir la micrographie de la figure 3). La présence de phase Alpha primaire 11 de type globulaire répartie de manière homogène dans la microstructure 12 de l'alliage permet d'améliorer la ductilité de l'alliage.
La double mise en solution par les deux premiers paliers de l'invention permet d'homogénéiser la microstructure de l'alliage et de le préparer pour qu'il réponde de manière plus isotrope au traitement de vieillissement du troisième palier.
Ainsi, après l'ensemble du traitement thermique selon l'invention, les propriétés mécaniques au sein de l'alliage sont parfaitement isotropes et améliorées par rapport à celles conférées par un traitement thermique conventionnel.
Les inventeurs ont pu mettre en évidence que le compromis résistance à
la traction / ductilité de l'alliage était optimal lorsqu'à l'issue du deuxième palier 6, la quantité de phase Alpha primaire 11 de type globulaire était comprise entre
La double mise en solution par les deux premiers paliers de l'invention permet d'homogénéiser la microstructure de l'alliage et de le préparer pour qu'il réponde de manière plus isotrope au traitement de vieillissement du troisième palier.
Ainsi, après l'ensemble du traitement thermique selon l'invention, les propriétés mécaniques au sein de l'alliage sont parfaitement isotropes et améliorées par rapport à celles conférées par un traitement thermique conventionnel.
Les inventeurs ont pu mettre en évidence que le compromis résistance à
la traction / ductilité de l'alliage était optimal lorsqu'à l'issue du deuxième palier 6, la quantité de phase Alpha primaire 11 de type globulaire était comprise entre
10 et 15%. De préférence la température du deuxième palier est comprise entre 770CC et 790CC pour obtenir une quantité de phase A Ipha primaire de type globulaire comprise entre 10 et 15% à l'issue du deuxième palier 6.
La durée du deuxième palier 6 est comprise entre 2 et 5 heures et est également fonction de la géométrie et la massivité (diamètre, épaisseur) de la pièce. Plus la pièce est massive et plus la durée du palier est importante.
Typiquement, pour une pièce de forme complexe en alliage de titane Ti 5-5-5-3 de composition :
- 5,60% d'aluminium, - 5,03% de vanadium, - 0,33% de fer, - 4,87% de molybdène, - 2,97% de chrome, - 0,14% d'oxygène, - 0,01 % de carbone, - 0,006% d'azote, - 0,01 % de zirconium, - 0,03% de silicium, le pourcentage résiduel étant essentiellement du titane, et dont les épaisseurs de matière sont d'environ 150 mm, le premier palier est réalisé à
une température d'environ 830 C (la température de P-transus de l'alliage étant d'environ 850'C) et est maintenu à cette températu re pendant environ 2h 30, et le deuxième palier est réalisé, sans avoir sorti la pièce du four et sans l'avoir réchauffée pour atteindre la température du deuxième palier, à une température 5 d'environ 775e et est maintenu à cette température pendant environ 4h. Ces conditions de traitement permettent d'obtenir à l'issue du premier palier 4 une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et 5%, et à l'issue du deuxième palier 6 une quantité de phase Alpha primaire 11 de type globulaire comprise entre 10 et 15%, distribuée de manière homogène au sein d'une matrice de type Beta 12. Sur 10 la micrographie de la figure 3, obtenue après les deux premiers paliers selon l'invention, on peut effectivement constater que les particules de phase Alpha
La durée du deuxième palier 6 est comprise entre 2 et 5 heures et est également fonction de la géométrie et la massivité (diamètre, épaisseur) de la pièce. Plus la pièce est massive et plus la durée du palier est importante.
Typiquement, pour une pièce de forme complexe en alliage de titane Ti 5-5-5-3 de composition :
- 5,60% d'aluminium, - 5,03% de vanadium, - 0,33% de fer, - 4,87% de molybdène, - 2,97% de chrome, - 0,14% d'oxygène, - 0,01 % de carbone, - 0,006% d'azote, - 0,01 % de zirconium, - 0,03% de silicium, le pourcentage résiduel étant essentiellement du titane, et dont les épaisseurs de matière sont d'environ 150 mm, le premier palier est réalisé à
une température d'environ 830 C (la température de P-transus de l'alliage étant d'environ 850'C) et est maintenu à cette températu re pendant environ 2h 30, et le deuxième palier est réalisé, sans avoir sorti la pièce du four et sans l'avoir réchauffée pour atteindre la température du deuxième palier, à une température 5 d'environ 775e et est maintenu à cette température pendant environ 4h. Ces conditions de traitement permettent d'obtenir à l'issue du premier palier 4 une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et 5%, et à l'issue du deuxième palier 6 une quantité de phase Alpha primaire 11 de type globulaire comprise entre 10 et 15%, distribuée de manière homogène au sein d'une matrice de type Beta 12. Sur 10 la micrographie de la figure 3, obtenue après les deux premiers paliers selon l'invention, on peut effectivement constater que les particules de phase Alpha
11 en noir, ont une forme globulaire, sont de tailles homogènes et ont une distribution A l'issue du premier palier 4, l'exécution d'un refroidissement jusqu'à la température ambiante ou jusqu'à une température qui serait inférieure à celle du deuxième palier 6 ne serait pas conforme à l'invention. En effet, un tel refroidissement, qui devrait être suivi d'un réchauffement jusqu'à la température du deuxième palier 6, conduirait à la formation de phase Alpha de type Widmanstàtten (phase Alpha secondaire de forme effilée), au détriment de la formation, lors du deuxième palier 6, d'une quantité minimale de phase alpha primaire de type globulaire équiaxe nécessaire pour l'obtention de bonnes caractéristiques de ductilité de l'alliage après traitement thermique.
La vitesse du refroidissement 5 entre le premier palier et le deuxième palier est de préférence comprise entre 1,5C et 5 C par minute et est, par exemple, réalisée sans sortir la pièce du four de traitement. La pièce refroidit alors progressivement de manière contrôlée à l'intérieur du four dont on a abaissé
progressivement ou immédiatement la température de consigne, jusqu'à atteindre la température du deuxième palier 6.
Une vitesse de refroidissement supérieure à 1,5 C/m in est préférée pour éviter qu'une modification de la distribution de la phase alpha primaire ne survienne lors de vitesses de refroidissement trop basses ce qui pourrait être défavorable pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques. A l'inverse, une vitesse de refroidissement supérieure à 5C/min pe ut entraîner la précipitation de phase Alpha de type aiguillée qui est défavorable pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques telle que l'allongement à la rupture. En effet un excès de phase Alpha aiguillée dans la structure du matériau favorise le risque de rupture fragile.
Un refroidissement réalisé à l'air libre n'est en général pas à conseiller, car sa vitesse est difficile à contrôler et, dans beaucoup de cas, on se retrouverait avec une température de la pièce trop basse, nécessitant un réchauffement jusqu'à la température du deuxième palier. Ce réchauffement doit être évité, pour les raisons que l'on a dites, et un refroidissement à l'intérieur du four est une solution avantageuse pour la mise en oeuvre de l'invention. De plus, réaliser le refroidissement à l'air en sortant la pièce du four nécessite une manipulation de la pièce à haute température, ce qui est difficile à réaliser.
Les premier 4 et deuxième 6 paliers sont, de préférence, réalisés successivement.
Par successivement , on veut dire que le passage du premier palier 4 au deuxième palier de traitement 6 se fait en diminuant progressivement la température lors d'un refroidissement 5 pour passer du premier palier 4 au deuxième palier 6, sans procéder à un maintien à une température intermédiaire qui serait inférieure ou supérieure à celle du premier palier 4.
On préfère cette réalisation successive des deux paliers, avec donc un refroidissement progressif les séparant, pour éviter qu'une modification de la distribution de la phase alpha primaire ne survienne lors d'un palier intermédiaire, ce qui pourrait être défavorable pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques.
Le refroidissement 7 suivant le deuxième palier 6 est réalisé jusqu'à la température ambiante à une vitesse comprise de préférence entre 5'C et 1500 par minute. Il s'agit par exemple d'un refroidissement à l'air réalisé après avoir sorti la pièce du four de traitement.
Il est préférable que la vitesse de refroidissement suivant le deuxième palier soit inférieure à 1500 par minute pour éviter un durcissement trop hétérogène entre la surface et le coeur de la pièce et éviter les risques de tapures (fissures superficielles) lors du refroidissement.
Une vitesse d'au moins 5C par minute est préférable pour anticiper une réponse homogène au traitement de revenu postérieur pendant lequel intervient une précipitation durcissante.
La vitesse du refroidissement 5 entre le premier palier et le deuxième palier est de préférence comprise entre 1,5C et 5 C par minute et est, par exemple, réalisée sans sortir la pièce du four de traitement. La pièce refroidit alors progressivement de manière contrôlée à l'intérieur du four dont on a abaissé
progressivement ou immédiatement la température de consigne, jusqu'à atteindre la température du deuxième palier 6.
Une vitesse de refroidissement supérieure à 1,5 C/m in est préférée pour éviter qu'une modification de la distribution de la phase alpha primaire ne survienne lors de vitesses de refroidissement trop basses ce qui pourrait être défavorable pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques. A l'inverse, une vitesse de refroidissement supérieure à 5C/min pe ut entraîner la précipitation de phase Alpha de type aiguillée qui est défavorable pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques telle que l'allongement à la rupture. En effet un excès de phase Alpha aiguillée dans la structure du matériau favorise le risque de rupture fragile.
Un refroidissement réalisé à l'air libre n'est en général pas à conseiller, car sa vitesse est difficile à contrôler et, dans beaucoup de cas, on se retrouverait avec une température de la pièce trop basse, nécessitant un réchauffement jusqu'à la température du deuxième palier. Ce réchauffement doit être évité, pour les raisons que l'on a dites, et un refroidissement à l'intérieur du four est une solution avantageuse pour la mise en oeuvre de l'invention. De plus, réaliser le refroidissement à l'air en sortant la pièce du four nécessite une manipulation de la pièce à haute température, ce qui est difficile à réaliser.
Les premier 4 et deuxième 6 paliers sont, de préférence, réalisés successivement.
Par successivement , on veut dire que le passage du premier palier 4 au deuxième palier de traitement 6 se fait en diminuant progressivement la température lors d'un refroidissement 5 pour passer du premier palier 4 au deuxième palier 6, sans procéder à un maintien à une température intermédiaire qui serait inférieure ou supérieure à celle du premier palier 4.
On préfère cette réalisation successive des deux paliers, avec donc un refroidissement progressif les séparant, pour éviter qu'une modification de la distribution de la phase alpha primaire ne survienne lors d'un palier intermédiaire, ce qui pourrait être défavorable pour l'obtention de bonnes propriétés mécaniques.
Le refroidissement 7 suivant le deuxième palier 6 est réalisé jusqu'à la température ambiante à une vitesse comprise de préférence entre 5'C et 1500 par minute. Il s'agit par exemple d'un refroidissement à l'air réalisé après avoir sorti la pièce du four de traitement.
Il est préférable que la vitesse de refroidissement suivant le deuxième palier soit inférieure à 1500 par minute pour éviter un durcissement trop hétérogène entre la surface et le coeur de la pièce et éviter les risques de tapures (fissures superficielles) lors du refroidissement.
Une vitesse d'au moins 5C par minute est préférable pour anticiper une réponse homogène au traitement de revenu postérieur pendant lequel intervient une précipitation durcissante.
12 Le troisième palier 9 est un palier dit de vieillissement tel que couramment pratiqué pour ce type d'alliage et dont le but est de durcir l'alliage par précipitation de phase Alpha.
L'alliage de titane est maintenu à la température du troisième palier 9 pendant 6 à 10 heures, de préférence pendant environ 8 heures. La microstructure obtenue après ce troisième palier 9 est représentée sur la figure 4.
A l'issue du traitement thermique selon l'invention, les propriétés mécaniques de l'alliage Ti 5-5-5-3 sont isotropes, et ont été améliorées par comparaison à celles des pièces en alliage de Ti-5-5-5-3 obtenues par des traitements thermiques conventionnels. Grâce au traitement thermique selon l'invention, la résistance à la traction et la ductilité des pièces en Ti 5-5-5-3 ont notamment pu être améliorées. Sur les pièces testées, des valeurs de Rm supérieures à 1290 MPa, des valeurs d'allongement A supérieures à 5 % et des valeurs de striction Z supérieures à 15 % ont en effet été obtenues.
A titre comparatif, après des traitements conventionnels on obtient sur une même pièce des valeurs de Rm très dispersées, comprises entre 1230 MPa et 1360 MPa. Les valeurs de l'allongement sont également très dispersées, entre 0,7 et 6,8%. Le traitement selon l'invention permet d'obtenir des Rm élevées et beaucoup moins dispersées, entre 1260 et 1300 MPa, et des allongements également élevés et beaucoup moins dispersés, entre 5 et 7,5%. De manière générale, le traitement selon l'invention permet de garantir une valeur minimale de 1260 MPa pour Rm et de 5% pour A, alors que les traitements conventionnels ne permettent pas de garantir ces valeurs minimales.
Les effets de l'invention sont particulièrement remarquables sur des pièces massives c'est-à-dire des pièces dont les épaisseurs ou les diamètres sont supérieurs à 100 mm.
Une fois l'alliage traité selon l'invention, les opérations de finition se poursuivent comme il est usuel dans l'art antérieur pour obtenir la pièce finale.
L'alliage de titane est maintenu à la température du troisième palier 9 pendant 6 à 10 heures, de préférence pendant environ 8 heures. La microstructure obtenue après ce troisième palier 9 est représentée sur la figure 4.
A l'issue du traitement thermique selon l'invention, les propriétés mécaniques de l'alliage Ti 5-5-5-3 sont isotropes, et ont été améliorées par comparaison à celles des pièces en alliage de Ti-5-5-5-3 obtenues par des traitements thermiques conventionnels. Grâce au traitement thermique selon l'invention, la résistance à la traction et la ductilité des pièces en Ti 5-5-5-3 ont notamment pu être améliorées. Sur les pièces testées, des valeurs de Rm supérieures à 1290 MPa, des valeurs d'allongement A supérieures à 5 % et des valeurs de striction Z supérieures à 15 % ont en effet été obtenues.
A titre comparatif, après des traitements conventionnels on obtient sur une même pièce des valeurs de Rm très dispersées, comprises entre 1230 MPa et 1360 MPa. Les valeurs de l'allongement sont également très dispersées, entre 0,7 et 6,8%. Le traitement selon l'invention permet d'obtenir des Rm élevées et beaucoup moins dispersées, entre 1260 et 1300 MPa, et des allongements également élevés et beaucoup moins dispersés, entre 5 et 7,5%. De manière générale, le traitement selon l'invention permet de garantir une valeur minimale de 1260 MPa pour Rm et de 5% pour A, alors que les traitements conventionnels ne permettent pas de garantir ces valeurs minimales.
Les effets de l'invention sont particulièrement remarquables sur des pièces massives c'est-à-dire des pièces dont les épaisseurs ou les diamètres sont supérieurs à 100 mm.
Une fois l'alliage traité selon l'invention, les opérations de finition se poursuivent comme il est usuel dans l'art antérieur pour obtenir la pièce finale.
Claims (7)
1. Procédé de traitement thermique d'un alliage de titane de type Ti 5-5-5-3 ayant, en pourcentages pondéraux, la composition suivante:
- entre 4,4 et 5,7% d'aluminium, - entre 4,0 et 5,5% de vanadium, - entre 0,30 et 0,50% de fer, - entre 4,0 et 5,5% de molybdène, - entre 2,5 et 3,5% de chrome, - 0,08 à 0,18% d'oxygène, - traces à 0,10% de carbone, - traces à 0,05% d'azote, - traces à 0,30% de zirconium, - traces à 0,15% de silicium, le pourcentage résiduel étant du titane et des impuretés résultant de l'élaboration, caractérisé en ce qu'on effectue un traitement thermique dudit alliage, comportant une pluralité d'étapes et de paliers thermiques répartis de la façon suivante :
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un premier palier thermique comprise entre 810 et 840°C et inférieure à la température de .beta.-transus de l'alliage ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du premier palier pendant 1 à 3 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température d'un deuxième palier comprise entre 760°C et 800°C sans réchauffement in termédiaire ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du deuxième palier pendant 2 à 5 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température ambiante ;
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un troisième palier comprise entre 540°C et 650°C ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du troisième palier pendant 4 à 20 heures, puis on le refroidit jusqu'à la température ambiante.
- entre 4,4 et 5,7% d'aluminium, - entre 4,0 et 5,5% de vanadium, - entre 0,30 et 0,50% de fer, - entre 4,0 et 5,5% de molybdène, - entre 2,5 et 3,5% de chrome, - 0,08 à 0,18% d'oxygène, - traces à 0,10% de carbone, - traces à 0,05% d'azote, - traces à 0,30% de zirconium, - traces à 0,15% de silicium, le pourcentage résiduel étant du titane et des impuretés résultant de l'élaboration, caractérisé en ce qu'on effectue un traitement thermique dudit alliage, comportant une pluralité d'étapes et de paliers thermiques répartis de la façon suivante :
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un premier palier thermique comprise entre 810 et 840°C et inférieure à la température de .beta.-transus de l'alliage ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du premier palier pendant 1 à 3 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température d'un deuxième palier comprise entre 760°C et 800°C sans réchauffement in termédiaire ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du deuxième palier pendant 2 à 5 heures ;
- on refroidit l'alliage de titane jusqu'à la température ambiante ;
- on chauffe l'alliage de titane à la température d'un troisième palier comprise entre 540°C et 650°C ;
- on maintient l'alliage de titane à la température du troisième palier pendant 4 à 20 heures, puis on le refroidit jusqu'à la température ambiante.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les températures et les durées des premier et deuxième paliers sont déterminées pour obtenir une quantité de phase Alpha comprise entre 2 et 5% à l'issue du premier palier et une quantité de phase Alpha primaire de type globulaire comprise entre 10 et 15% à l'issue du deuxième palier.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier palier est réalisé à une température comprise entre température .beta.-transus moins 20°C et température .beta.-transus moins 30°C, et en ce que le deuxième palier est réalisé à une température comprise entre 770°C et 790°C.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et le deuxième paliers sont réalisés successivement.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse de refroidissement entre le premier palier et le deuxième palier est comprise entre 1,5°C et 5°C par minute et le refroidissement à
l'issue du deuxième palier est réalisé jusqu'à la température ambiante à une vitesse comprise entre 5°C et 150°C par minute.
l'issue du deuxième palier est réalisé jusqu'à la température ambiante à une vitesse comprise entre 5°C et 150°C par minute.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage de titane est maintenu à la température du troisième palier pendant 6 à 10 heures, de préférence pendant environ 8 heures.
7. Pièce en Alliage Ti 5-5-5-3, caractérisée en ce qu'elle a été obtenue à
partir d'un demi-produit obtenu par le procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 6.
partir d'un demi-produit obtenu par le procédé de traitement thermique selon l'une des revendications 1 à 6.
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