EP2994551A1 - Assemblage mécanique à tenue améliorée en fatigue-frottement sous micro-déplacements - Google Patents

Assemblage mécanique à tenue améliorée en fatigue-frottement sous micro-déplacements

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EP2994551A1
EP2994551A1 EP14726548.2A EP14726548A EP2994551A1 EP 2994551 A1 EP2994551 A1 EP 2994551A1 EP 14726548 A EP14726548 A EP 14726548A EP 2994551 A1 EP2994551 A1 EP 2994551A1
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EP
European Patent Office
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titanium
parts
particles
mechanical assembly
fatigue
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14726548.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Ludovic ROPARS
Sophie GOURDET
Daniel Lecuru
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Airbus SAS
Airbus Helicopters SAS
Original Assignee
Eurocopter France SA
Eurocopter SA
European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
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Filing date
Publication date
Application filed by Eurocopter France SA, Eurocopter SA, European Aeronautic Defence and Space Company EADS France filed Critical Eurocopter France SA
Publication of EP2994551A1 publication Critical patent/EP2994551A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
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    • B64C27/04—Helicopters
    • B64C27/12—Rotor drives

Definitions

  • the present invention belongs to the field of assemblies of mechanical parts with high fatigue loads.
  • the invention relates to a mechanical assembly of parts subjected to fatigue-friction stresses under micro-displacement or "fatigue-fretting".
  • One method is to design an assembly to limit microdisplacements, for example by using more rigid materials.
  • Another method is to limit the frictional forces by the use of coatings with low coefficients of friction on the surfaces in contact.
  • Another method is to apply hard deposits on the surface of parts subjected to fretting or to practice surface treatments resulting in residual compressive stresses to avoid or delay the propagation of microcracks arising during fretting wear.
  • a mechanical assembly comprising at least two parts fixed together so as to keep said at least two parts clamped together
  • the proposed assembly comprises at least one of at least one of the two pieces made of a material comprising a matrix made of titanium or a titanium alloy and comprising particles of titanium carbide and titanium boride ceramics dispersed in a substantially homogeneous manner within the matrix, at least in the subject zone to the effects of fatigue-fretting due to a contact surface with the other piece, ceramic particles of titanium carbide and or titanium boride having at least 0.05 Mm in their smallest dimensions and at most 30 Mm in their largest dimensions.
  • At least one of the parts is made integrally in a material comprising a matrix of titanium or a titanium alloy and comprising particles of titanium carbide and titanium boride ceramics. It is thus obtained a piece having the benefit of a slow propagation of microcracks throughout the room.
  • the particles of titanium carbide and titanium boride ceramics have spherical or slightly stretched overall shapes, the dimensions of which are between 0.1 ⁇ m and 10 ⁇ m of average diameter, preferably between 0.1 mm and 4 mm in average diameter.
  • the particles of titanium carbide and / or titanium boride ceramics have elongated overall shapes, for example needle shapes, the average dimensions of which are between 1 Mm and 20 Mm according to their largest dimensions.
  • Elongated shapes may also result from an alignment of substantially spherical particles.
  • the average mass concentration of ceramic particles of titanium carbide and or titanium boride is between 5% and 40%, more particularly between 5% and 20%, of the mass.
  • the part comprising the particles of ceramics dispersed in the titanium matrix or a titanium alloy, at least in the area of the part subjected to the effects of fatigue-fretting. It is thus preserved elongation properties to the titanium matrix while bringing to the room the expected improvements with respect to fatigue-fretting behavior.
  • the mechanical assembly obtained is particularly suitable for assemblies in which the parts, stressed in alternating stresses or vibrations, are fixed by bolting and or riveting and or coupled by a fitting comprising for example grooves.
  • the mechanical assembly obtained is also particularly suitable for assemblies formed by a bearing ring fixed on a rotating shaft or formed by a bearing ring fixed in a bearing housing.
  • the bearing rings are subjected to significant vibratory forces which cause micro-displacements of the rings relative to the shaft or associated housing and causes the appearance of fatigue-fretting.
  • a particular case of mechanical assembly subjected to high forces with a high vibratory environment corresponds to a helicopter rotor hub.
  • At least one part of the assembly is made of a material comprising a matrix made of titanium or a titanium alloy and comprising particles of ceramics of titanium carbide and or boride of titanium obtained by a powder metallurgy process in which precursors of the ceramic particles have been mixed with titanium or titanium alloy powders, in the form of elemental powders and or prealloyed, and then subjected to consolidation.
  • a substantially homogeneous distribution of the ceramic particles within the matrix is obtained, at least in the zone subjected to the effects of fatigue-fretting, thanks to the process of mixing the powders, and on the other hand a control the shape and dimensions of the ceramic particles by the shapes and dimensions of the particles of the precursor powder and by the control of the thermomechanical treatment conditions, especially during the consolidation phase, which act on the growth of ceramic particles.
  • the zone subjected to the effects of fatigue-fretting corresponds in practice to an area in which the surfaces of the parts in contact are subjected to the micro-movements at the origin of the phenomenon and which extends into the room to a thickness in which microcracks propagate under the effect of fatigue induced by friction.
  • a thickness is most often of the order of 10 mm or more.
  • the material comprising a titanium matrix, or a titanium alloy, and particles of titanium carbide and titanium boride ceramics, to the zone subjected to the effects of fatigue-fretting, it It is possible to make other parts of the part in an unreinforced titanium alloy which gives the parts ordinary characteristics for these alloys.
  • the precursors are advantageously compounds based on titanium, carbon and boron, such as TiB 2 and / or TiC, and / or B 4 C and / or boron and / or carbon, which ensure perfect physicochemical compatibility of the ceramics obtained. with the titanium matrix.
  • a mixture of 98% titanium and 2% B 4 C by mass gives, after reaction of the precursor with the matrix, a material comprising 8.5% TiB and 3.9% TiCo.s by mass. .
  • the mechanical assembly is for example a helicopter rotor or a helicopter rotor hub.
  • a mechanical assembly according to the invention comprises at least two assembled parts.
  • the two assembled parts are considered in the assembly as immobilized together, but, because of the stresses to which said assembly will be subjected, the two parts will be subject to relative micro-movements during which micro-displacements the surface of each of the parts in contact with the other part will be subjected to friction due to clamping between the parts.
  • the two parts are for example two pieces bolted together or a bearing inner ring fixed on a shaft, or a bearing outer ring fixed in a cage.
  • the two parts Although held in contact, the two parts, whatever the forces applied to maintain them, are susceptible to small relative movements which are accompanied by friction between the surfaces of the two parts in their contact areas.
  • At least one of the two parts consists mainly of a material formed of a titanium matrix, or a titanium alloy, reinforced by particles of titanium carbide and titanium boride ceramics.
  • the ceramic particles are distributed in the matrix so as to represent a substantially uniform average density of between 5% and 40% by mass.
  • the ceramic particles preferably have dimensions of between 0.1 Mm and 10 Mm in diameter when said particles have spherical or slightly stretched overall shapes.
  • the ceramic particles preferably have dimensions of between 1 ⁇ m and 20 ⁇ m, up to 30 ⁇ m, depending on their greatest dimension when said particles have elongated overall shapes, for example being in the form of needles.
  • the transverse dimensions of the elongated particles can be as small as 0.05 Mm.
  • the preferred values of the preferred dimensions of the ceramic particles are average values and that, because of the ceramic particle formation processes within the matrix, the dimensions have dispersions that can lead to certain ceramic particles. to have dimensions outside the preferred values. As long as the number of such particles remains proportionally small, less than a few percent, their effects will be negligible.
  • titanium carbides and titanium borides with the titanium matrix gives the material of the piece a physicochemical stability essential for the production of parts intended for mechanical assembly.
  • microcracks by the ceramic particles at a stage where these microcracks have a length of the order of ten micrometers or less, and or the deviation of the microcracks by the ceramic particles, blocking and deflection which have the consequence of slow the propagation of cracks from the surface subjected to micro-displacement wear.
  • the part of the assembly is made of a material obtained by a powder metallurgy process.
  • the powder is an elemental powder of the matrix or prealloyed components of the alloy, and contains precursor elements of the ceramic.
  • These precursor elements for example dispersed in the form of a powder mixed with the powder of the matrix, making it possible to generate in the titanium matrix the ceramic particles of titanium carbide TiC and titanium boride TiB, are compounds comprising titanium, carbon and boron, in particular TiB2, TiC, B4C, boron, carbon.
  • the ceramic particles are formed by reaction during consolidation and or other thermomechanical treatments of the material made from powders under pressure and temperature by known techniques, for example free sintering, sintering under load, additive manufacturing , SPS (Spark Plasma Sintering), hot isostatic compaction, extrusion, forging, ...
  • SPS Spark Plasma Sintering
  • the control of the mixture of powders makes it possible to obtain densities of the ceramic particles that vary according to the location in the part produced.
  • the presence of ceramic particles in the matrix may be limited to certain areas of the room, a priori the areas subjected to the effects of fatigue-fretting due to a contact surface with the other room.
  • the material comprising a matrix titanium alloy and titanium carbide and / or titanium boride ceramic particles at the workpiece area subjected to the effects of fatigue-fretting, it is possible to make other parts of the piece in a conventional titanium alloy which gives the parts mechanical characteristics of specific strength and rigidity.
  • Such an assembly is for example a mechanical transmission force assembly subjected to a severe vibration environment such as a helicopter rotor or a helicopter rotor hub.

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Abstract

Un assemblage mécanique à comportement amélioré vis à vis de la fatigue combinée à l'usure par micro-déplacements comporte au moins deux pièces fixées entre elles. Au moins une pièce parmi les au moins deux pièces est réalisée dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane dispersées de manière sensiblement homogène au sein de la matrice, dans la zone soumise aux effets du fatigue-fretting les particules ayant au moins 0,05 μm dans leurs plus petites dimensions et au plus 30 μm dans leurs plus grandes dimensions. La proportion en masse des particules de céramiques dans la pièce est de préférence comprise entre 5 et 40%.

Description

Assemblage mécanique à tenue améliorée en fatigue-frottement sous micro-déplacements
La présente invention appartient au domaine des assemblages de pièces mécaniques à fortes sollicitations en fatigue.
Plus particulièrement l'invention concerne un assemblage mécanique de pièces soumises à des contraintes de fatigue-frottement sous micro- déplacements ou "fatigue-fretting".
Dans le domaine des assemblages mécaniques, il est fréquent, en particulier pour les assemblages réalisés par des éléments de liaison mécaniques, par exemple boulons ou rivets, et soumis à de fortes sollicitations alternées, soit du fait même des sollicitations appliquées à l'assemblage, soit du fait de niveaux vibratoires intenses, que les surfaces en contact de deux pièces assemblées afin d'être immobilisées l'une par rapport à l'autre se trouvent cependant soumises à une usure en raison de micro-déplacements des surfaces en contact.
Ces micro-déplacements, fréquemment désigné "fretting" suivant la terminologie anglo-saxonne, sont la source bien connue de détériorations des surfaces concernées.
En particulier ils sont à l'origine de la dégradation de l'état de surface de pièces et d'amorces de fissures se propageant par le phénomène de fatigue et qui dans les pièces fortement sollicitées, comme c'est généralement le cas dans les pièces de moteurs ou de transmission de puissance mécanique, peuvent conduire à des endommagements irréversibles de certaines pièces et dans les cas extrêmes à des ruptures de pièces.
Dans les ensembles mécaniques, le phénomène d'usure se constate souvent dans les zones de contact des liaisons boulonnées et aux interfaces bague de roulement/arbre ou bague de roulement/alésage.
Le phénomène concerné sera désigné ici par l'expression "fatigue- fretting".
Ainsi les concepteurs de machines doivent tenir compte de ce phénomène pour prendre en considération des durées de vie opérationnelles réduites des pièces qui peuvent être soumises au fatigue-fretting.
Diverses méthodes connues permettent également de retarder l'apparition de l'usure de fretting ou de mieux en maîtriser les conséquences.
Une méthode consiste à concevoir un assemblage pour limiter les microdéplacements, par exemple en mettant en œuvre des matériaux plus rigides.
Cette méthode qui retarde l'apparition de l'usure de fretting nécessite de mettre en œuvre des matériaux généralement denses qui ne sont pas adaptés à toutes les applications, en particulier aux applications du domaine aéronautique.
Une autre méthode consiste à limiter les forces de frottement par l'utilisation de revêtements à faibles coefficients de frottement sur les surfaces en contact.
Cependant ces revêtements à faibles coefficients de frottement ne sont pas toujours suffisamment endurants vis à vis du nombre de cycles et des efforts appliqués à l'assemblage.
Une autre méthode consiste à appliquer des dépôts durs sur la surface des pièces soumises au fretting ou encore à pratiquer des traitements de surface aboutissants à des contraintes de compression résiduelles pour éviter ou retarder la propagation des microfissures prenant naissance lors de l'usure de fretting.
De tels traitements de surface s'avèrent cependant complexes d'une manière générale et coûteux à réaliser.
Pour améliorer le comportement aux phénomènes de fatigue-fretting, d'un assemblage mécanique comportant au moins deux pièces fixées entre elles de sorte à maintenir serrées entre elles lesdites au moins deux pièces, l'assemblage proposé comporte au moins une pièce parmi les au moins deux pièces réalisée dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane dispersées de manière sensiblement homogène au sein de la matrice, au moins dans la zone soumise aux effets du fatigue-fretting en raison d'une surface de contact avec l'autre pièce, les particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane ayant au moins 0,05 Mm dans leurs plus petites dimensions et au plus 30 Mm dans leurs plus grandes dimensions. Les particules de céramiques dures et fortement adhérentes à la matrice retardent la formation des microfissures et en limitent la propagation sous l'effet des efforts induits par les micro-déplacements inévitables en raison des sollicitations mécaniques auxquelles est soumis l'assemblage et qui provoque des micro-déplacements relatifs entre les pièces qui sont maintenues serrées entre elles, par exemple par des boulons, des rivets ou autres dispositif de serrage.
Dans une forme de réalisation au moins une des pièce est réalisée intégralement dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane. Il est ainsi obtenue une pièce ayant le bénéfice d'une propagation ralentie des microfissures dans toute la pièce.
Dans une forme de réalisation, les particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane ont des formes d'ensemble sphériques ou faiblement étirées dont les dimensions sont comprises entre 0,1 Mm et 10 Mm de diamètre moyen, de préférence entre 0,1 Mm et 4 Mm de diamètre moyen.
Dans une autre forme de réalisation, qui peut être combinée à la forme précédente, les particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane ont des formes d'ensemble allongées, par exemple des formes d'aiguilles, dont les dimensions moyennes sont comprises entre 1 Mm et 20 Mm suivant leurs plus grandes dimensions.
Des formes allongées peuvent également résulter d'un alignement de particules sensiblement sphériques.
Du fait d'interactions fortes entre la matrice et les particules de céramiques, en particulier en cisaillement, des charges internes dans le matériau sont transférées vers les particules de céramiques qui déchargent localement la matrice plus sensible à la microfissuration.
Dans une forme de réalisation, la concentration moyenne en masse de particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane est comprise entre 5% et 40%, plus particulièrement entre 5% et 20%, de la masse de la pièce comportant les particules de céramiques dispersées dans la matrice en titane ou en un alliage de titane, au moins dans la zone de la pièce soumise aux effets du fatigue-fretting. Il est ainsi conservé des propriétés d'allongement à la matrice titane tout en apportant à la pièce les améliorations attendues vis à vis du comportement en fatigue-fretting.
L'assemblage mécanique obtenu s'avère particulièrement bien adapté aux assemblages dans lesquels les pièces, sollicitées en contraintes alternées ou en vibrations, sont fixées par boulonnage et ou rivetage et ou couplées par un emmanchement comportant par exemple des cannelures.
L'assemblage mécanique obtenu s'avère également particulièrement bien adapté aux assemblages formés par une bague de roulement fixée sur un arbre tournant ou formés par une bague de roulement fixée dans un logement de palier. Dans ces deux situations, les bagues de roulement sont soumises à des efforts vibratoires importants qui provoquent des micro-déplacements des bagues par rapport à l'arbre ou logement associé et entraîne l'apparition de fatigue- fretting.
Un cas particulier d'assemblage mécanique soumis à des efforts importants avec un environnement vibratoire élevé correspond à un moyeu de rotor d'hélicoptère.
Dans une forme de réalisation de l'assemblage mécanique, au moins une pièce de l'assemblage est réalisée dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane obtenue suivant un procédé de métallurgie des poudres dans lequel des précurseurs des particules de céramiques ont été mélangés à des poudres de titane ou d'alliage de titane, sous forme de poudres élémentaires et ou préalliées, puis soumis à une consolidation. Ainsi il est obtenu d'une part une répartition sensiblement homogène des particules de céramiques au sein de la matrice, au moins dans la zone soumise au effets du fatigue-fretting, grâce au processus de mélange des poudres, et d'autre part une maîtrise de la forme et des dimensions des particules de céramiques par les formes et dimensions des particules de la poudre des précurseurs et par le contrôle des conditions de traitement thermomécaniques, notamment lors de la phase de consolidation, qui agissent sur la croissance des particules de céramiques.
La zone soumise aux effets du fatigue-fretting correspond en pratique à une zone dans laquelle les surfaces des pièces en contact sont soumises aux microdéplacements à l'origine du phénomène et qui s'étend dans la pièce sur une épaisseur dans laquelle des microfissures se propagent sous l'effet de la fatigue induite par les frottements. Dans le cas des pièces mécaniques fortement sollicitées, une telle épaisseur est le plus souvent de l'ordre de 10mm, voire supérieure.
En limitant la mise en œuvre du matériau, comportant une matrice en titane, ou en un alliage de titane, et des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane, à la zone soumise aux effets du fatigue-fretting, il est possible de réaliser d'autres parties de la pièce dans un alliage de titane non renforcé qui apporte à la pièces des caractéristiques ordinaires pour ces alliages.
Les précurseurs sont avantageusement des composés à base de titane, de carbone et de bore, tels que du TiB2, et ou du TiC, et ou du B4C, et ou du Bore, et ou du Carbone qui assurent une parfaite compatibilité physicochimique des céramiques obtenues avec la matrice de titane.
Par exemple, un mélange de 98% de titane et de 2% de B4C en masse donne, après réaction du précurseur avec la matrice, un matériau comportant 8,5% de TiB et 3,9% de TiCo.s en masse.
Dans une application particulièrement avantageuse en raison en particulier du niveau vibratoire élevé, l'assemblage mécanique est par exemple un rotor d'hélicoptère ou un moyeu de rotor d'hélicoptère.
Un assemblage mécanique suivant l'invention comporte aux moins deux pièces assemblées.
Les deux pièces assemblées sont considérées dans l'assemblage comme immobilisées entre elles, mais, en raison des sollicitations auxquelles sera soumis ledit assemblage, les deux pièces seront soumises à des micro-déplacements relatifs au cours desquels micro-déplacements la surface de chacune des pièces en contact avec l'autre pièce sera soumise à un frottement du fait d'un serrage entre les pièces.
Les deux pièces sont par exemple deux pièces boulonnées entre elles ou une bague intérieure de roulement fixée sur un arbre, ou encore une bague extérieure de roulement fixée dans une cage.
Bien que maintenues en contact, les deux pièces, quelque soit les forces appliquées pour les maintenir, sont susceptibles de petits déplacements relatifs qui s'accompagnent de frottement entre les surfaces des deux pièces dans leurs zones de contact.
Dans l'assemblage, au moins une des deux pièces est constituée principalement d'un matériau formé d'une matrice en titane, ou en un alliage de titane, renforcée par des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane.
Les particules de céramiques sont réparties dans la matrice de manière à représenter une densité moyenne sensiblement homogène comprise entre 5% et 40% en masse.
Les particules de céramiques ont de préférence des dimensions comprises entre 0,1 Mm et 10 Mm en diamètre lorsque lesdites particules ont des formes d'ensemble sphériques ou faiblement étirées.
Les particules de céramiques ont de préférence des dimensions comprises entre 1 Mm et 20 Mm, pouvant atteindre 30 Mm, suivant leur plus grande dimension lorsque lesdites particules ont des formes d'ensemble allongées, par exemple se présentant sous la forme d'aiguilles.
Dans ce cas les dimensions transversales des particules allongées peuvent être aussi réduites que 0,05 Mm.
Il doit être compris ici que les valeurs préconisées de dimensions préférées des particules de céramiques sont des valeurs moyennes et que, en raison des processus de formation des particules de céramiques au sein de la matrice, les dimensions présentent des dispersions pouvant conduire certaines particules de céramiques à présenter des dimensions en dehors des valeurs préférées. Pour autant que le nombre de telles particules reste proportionnellement faible, inférieur à quelques pour cent, leurs effets seront négligeables.
La compatibilité des carbures de titane et des borures de titane avec la matrice en titane apporte au matériau de la pièce une stabilité physicochimique essentielle à la réalisation de pièces destinées à l'assemblage mécanique.
Dans la pièce de l'assemblage ainsi obtenue, des performances de légèreté et tenue en température de la matrice en titane sont conservées et la présence des particules céramiques dispersées dans la matrice produit une amélioration du module d'élasticité sans que les performances d'allongement du matériau ne s'en trouvent affectées de manière excessive grâce à la concentration limitée en particules de céramique dont les caractéristiques d'allongement sont faibles par rapport au titane. Le comportement de la pièce obtenue vis à vis de l'usure par microdéplacements et vis à vis des phénomènes de fatigue est ainsi amélioré du fait :
- de l'amélioration du module d'élasticité de la pièce qui a pour conséquences de diminuer l'amplitude des micro-déplacements relatifs entre les pièces de l'assemblage ;
- du blocage des microfissures par les particules céramiques à un stade où ces microfissures ont une longueur de l'ordre de la dizaine de micromètres ou moins, et ou de la déviation des microfissures par les particules céramiques, blocage et déviation qui ont pour conséquence de ralentir la propagation des criques à partir de la surface soumise à l'usure par micro- déplacements.
Un tel résultat est obtenu par le choix des matériaux de la matrice et des particules de céramiques mis en œuvre et du procédé d'élaboration qui conduit à des interfaces fortes, en particulier en cisaillement, entre la matrice et les particules de céramiques, interface qui assure un transfert efficace des charges entre ladite matrice et lesdites particules de céramiques.
Pour obtenir une répartition homogène et des dimensions et formes voulues des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane dans la matrice titane, la pièce de l'assemblage est réalisée dans un matériau obtenu par un procédé de métallurgie des poudres.
Dans un tel procédé de métallurgie des poudres, dont les principes sont connus de l'homme du métier, la poudre est une poudre élémentaire de la matrice ou préalliées des composants de l'alliage, et contient des éléments précurseurs de la céramique.
Ces éléments précurseurs, par exemple dispersés sous la forme d'une poudre mélangée à la poudre de la matrice, permettant de générer dans la matrice titane les particules de céramiques de carbure de titane TiC et ou de borure de titane TiB, sont des composés comportant du titane, du carbone et du bore, en particulier du TiB2, du TiC, du B4C, du Bore, du Carbone.
Les particules de céramiques se forment par réaction lors de la consolidation et ou des autres traitements thermo-mécaniques du matériau élaboré à partir des poudres sous pression et température par les techniques connues, par exemple le frittage libre, le frittage sous charge, la fabrication additive, le SPS (Spark Plasma Sintering), la compaction isostatique à chaud, l'extrusion, le forgeage, ...
La maîtrise du mélange des poudres permet d'obtenir des densités des particules de céramiques variables en fonction de l'emplacement dans la pièce réalisée. Par exemple la présence de particules de céramiques dans la matrice peut être limitée à certaines zones de la pièce, a priori les zones soumises aux effets du fatigue-fretting en raison d'une surface de contact avec l'autre pièce. Il est également possible de réaliser des gradients dans la densité des particules de céramiques depuis des zones à densité relativement élevées en particules de céramiques, les zones soumises aux effets du fatigue-fretting, et des zones sans particules, ou à densité réduite, en fonction de l'épaisseur dans la pièce, par exemple en raison des sollicitations de la pièce et des risques de propagation de criques.
En limitant ainsi la mise en œuvre du matériau, comportant une matrice en titane, ou en un alliage de titane, et des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane, à la zone de la pièce soumise aux effets du fatigue-fretting, il est possible de réaliser d'autres parties de la pièce dans un alliage de titane conventionnel qui apporte à la pièces des caractéristiques mécaniques de résistance et de rigidité spécifiques.
La réalisation d'un gradient dans la densité des particules de céramiques permet d'éviter des transitions trop brusques des caractéristiques, en particulier de rigidité, dans le volume de la pièce. II est ainsi obtenu un assemblage dans lequel les pièces ont un comportement amélioré vis à vis de l'usure par micro-déplacements et vis à vis des contraintes en fatigue, c'est-à-dire une sensibilité réduite au fatigue-fretting et une durée de vie augmentée par rapport à des alliages de titane conventionnels, avec ou sans traitements de surface, avec des bénéfices équivalents sur la résistance statique et la masse des pièces.
Un tel assemblage est par exemple un ensemble mécanique de transmission d'effort soumis à un environnement vibratoire sévère tel qu'un rotor d'hélicoptère ou un moyeu de rotor d'hélicoptère.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Assemblage mécanique à comportement amélioré vis à vis du fatigue- fretting, résultant de la fatigue combinée à l'usure par micro-déplacements, comportant au moins deux pièces fixées entre elles de sorte à maintenir serrées entre elles lesdites au moins deux pièces, dans lequel assemblage au moins une pièce parmi les au moins deux pièces est réalisée, au moins dans une zone de ladite au moins une pièce soumise à des effets du fatigue-fretting en raison d'une surface de contact avec l'autre pièce, dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane dispersées de manière sensiblement homogène au sein de la matrice, lesdites particules ayant au moins 0,05 Mm dans leurs plus petites dimensions et au plus 30 Mm dans leurs plus grandes dimensions.
2 - Assemblage mécanique suivant la revendication 1 dans lequel au moins une pièce parmi les au moins deux pièces est réalisée entièrement dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane. 3 - Assemblage mécanique suivant la revendication 1 ou 2 dans lequel toute ou partie des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane ont des formes d'ensemble sphériques ou faiblement étirées dont les dimensions sont comprises entre 0,1 Mm et 10 Mm, plus particulièrement entre 0,1 Mm et 4 Mm, de diamètre moyen.
4 - Assemblage mécanique suivant l'une des revendications précédentes dans lequel toute ou partie des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane ont des formes d'ensemble allongées, par exemple des formes d'aiguilles, dont les dimensions sont comprises entre 1 Mm et 20 μηι suivant leurs plus grandes dimensions moyennes.
5 - Assemblage mécanique suivant l'une des revendications précédentes dans lequel la concentration moyenne en masse de particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane, au moins dans une zone soumise à des effets du fatigue-fretting, est comprise entre 5% et 40%, plus particulièrement comprise entre 5% et 20%, de la masse de la pièce comportant lesdites particules de céramiques répartie dans la matrice en titane ou en un alliage de titane.
6 - Assemblage mécanique suivant l'une des revendications précédentes dans lequel les au moins deux pièces sont fixées par un boulonnage, par un rivetage, ou par un emmanchement, par exemple un emmanchement comportant des cannelures.
7 - Assemblage mécanique suivant l'une des revendications précédentes dans lequel l'une des au moins deux pièces de l'assemblage est une bague d'un roulement et l'autre des au moins deux pièces est un arbre sur lequel est fixé ladite bague ou est un logement dans lequel est fixée ladite bague.
8 - Assemblage mécanique suivant l'une des revendications précédentes dans lequel l'au moins une pièce réalisée dans un matériau comportant une matrice en titane ou en un alliage de titane et comportant des particules de céramiques de carbure de titane et ou de borure de titane est réalisée suivant un procédé de métallurgie des poudres dans lequel des précurseurs des particules de céramiques ont été mélangés à des poudres de titane ou d'alliage de titane, sous forme de poudres élémentaires et ou préalliées, puis soumis à une consolidation. 9 - Assemblage suivant la revendication 8 dans lequel les précurseurs sont des composés à base de titane, de carbone et de bore, tels que du TiB2, et ou du TiC, et ou du B4C, et ou du Bore, et ou du Carbone. 10 - Rotor d'hélicoptère comportant au moins un assemblage mécanique conforme à l'une des revendications précédentes. 11 - Moyeu de rotor d'hélicoptère comportant au moins un assemblage mécanique conforme à l'une des revendications 1 à 9.
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