FR2704869A1 - Alliage amélioré Ti-6Al-4V, à comportement balistique, procédé de préparation et application. - Google Patents

Abstract

La présente invention propose une nouvelle composition d'alliages en Ti-6Al-4V qui présente des propriétés de résistance à la traction et de limite élastique améliorées. La nouvelle composition de Ti-6Al-4V de la présente invention est obtenue en modifiant les limites de la composition de l'alliage à 5,5 à 6,75 % de Al, 3,5 à 4,5 de V, 0,20 à 0,30 % de O2 , une teneur en Fe inférieure à 0,50 % et une teneur inférieure à 0,50 % d'autres impuretés inévitables, et en chauffant la composition d'alliage à des températures dans le domaine de la phase bêta pour un traitement ultérieur.

Description

La présente invention concerne un procédé à faible coût pour procurer un

comportement balistique, équivalent - ou supérieur, par comparaison avec des alliages normalisés de titane, qui sont utilisés en tant que plaques de blindage pour des applications militaires. De façon plus spécifique, le procédé de la présente invention concerne l'accroissement de la teneur en oxygène d'une composition d'alliage Ti-6A1-4V au-delà de la gamme classique de 0,20 % au maximum et au traitement de cette composition d'alliage de titane, riche en oxygène, en utilisant des températures de four se situant dans le cadre de la phase bêta. L'invention concerne également des nouvelles compositions d'alliage de titane, présentant une limite élastique et une résistance à la traction améliorées, préparées par le procédé de la présente invention. Les nouveaux alliages de titane de la présente invention sont caractérisés comme ayant une teneur en oxygène d'environ

0,20 à 0,30 %.

Le titane et, en particulier, l'alliage Ti-6A1-4V sont des produits largement reconnus pour être utilisés en tant que plaques de blindage, du fait de leur bonne propriété de résistance balistique. Cette caractéristique s'est traduite par plusieurs applications et la généralisation de Military Specification Titanium Alloy Armor Plate, Weldable; 15 juillet 1975 (MIL-T-46077B) qui est bien connue dans la technique en tant que spécification d'achat pour les plaques de blindage obtenues à partir de l'alliage Ti-6A1-4V. Cette spécification militaire indique que la quantité maximale d'oxygène qui peut être présente dans la composition d'alliage de titane de la plaque de blindage ne doit pas dépasser 0,14 %. La raison de cette exigence est que l'on s'attend à ce que l'une quelconque des plaques de blindage traitée à partir d'un alliage de titane riche en oxygène, en se basant sur la connaissance de la technique antérieure, présentera un comportement balistique médiocre. Ainsi, pour des applications militaires, la teneur en oxygène de l'alliage de titane est considérée comme ne dépassant pas cette limite maximale de 0,14 % étant donné que des teneurs plus élevées en oxygène, présentes dans l'alliage de titane, se traduiraient par un abaissement de la ductilité et, dans une mesure plus grave, par une diminution du comportement balistique de la

plaque de blindage elle-même.

L'état habituel de la technique, tel que présenté dans la spécification MIL-T-46077B, se traduit par l'utilisation à la fois de matières premières coûteuses et d'une mise en oeuvre onéreuse. Selon MIL- T-46077B, la limite d'un maximum de 0,14 % d'oxygène empêche l'utilisation de quantité de rebuts peu onéreux dans la consolidation du lingot, étant donné que ces matériaux présentent une teneur en oxygène au-delà de la limite spécifiée par les militaires. Bien que cette spécification ne définisse pas l'étape de traitement mise en oeuvre pour préparer son produit final, les allongements sous traction minimaux élevés, spécifiés ici, nécessitent un traitement

coûteux alpha+bêta à basse température et un recuit.

Cette technique de traitement alpha+bêta à basse température est normalement mise en oeuvre pour la réduction finale de 60 à 80 % du matériau et est utilisée pour favoriser les propriétés balistiques de la plaque de blindage. Comme indiqué ci-dessus, cette technique est coûteuse du fait des étapes de réchauffage nécessaires pour traiter la plaque finale. De plus, la surface de la plaque armée, renfermant l'alliage de titane, présente une tendance très importante à la formation de fissures aux

basses températures mises en oeuvre dans ce procédé.

Ainsi, une recherche continue se développe actuellement pour mettre au point un alliage balistique Ti-6A1-4V de -faible coût, qui présente une résistance balistique améliorée. Hickey, Jr, et ai., Ballistic Damage Characteristics and Fracture Toughness of Laminated Aluminum 7049- T73 and Titanium 6A1-4V Alloys, Army Materials and Mechanics Research Center, Watertown, MA., Mars 1980, pages 1 à 12

décrivent les propriétés balistiques de stratifiés en Ti-

6A1-4-V qui sont traités dans une étape de traitement en

solution et une étape de traitement de vieillissement.

L'étape de traitement en solution implique le chauffage de l'alliage à des températures de 1010-1088 C pendant 15 minutes, un refroidissement à l'air et ensuite un chauffage à 968,5 C pendant 1 heure. L'étape de vieillissement implique le chauffage de l'alliage de titane traité en solution à 704 C pendant 1 heure. La teneur en oxygène du stratifié en Ti-6A1-4V est déterminée comme étant de 0,13 % en poids, ce qui est en dessous du taux spécifié dans la norme MIL-T-46077B; en conséquence, on s'attend à ce que le stratifié présente un bon

comportement balistique.

A titre d'arrière-plan et à des fins de commodité, les dénominations "alliages alpha, bêta et alpha-bêta à

base de titane seront expliquées dans ce qui suit.

Il est bien connu dans la technique que l'addition d'éléments alliés modifie la température de transformation B dans le diagramme de phase des systèmes d'alliages de titane. La température de transformation B est la température la plus basse pour laquelle une phase bêta à % existe. En dessous de cette température, la phase

alpha peut exister.

Des éléments qui augmentent la température de transformation sont appelés a -stabilisateurs, tandis que les éléments qui abaissent les températures de

transformation sont appelés B-stabilisateurs. Les B-

stabilisateurs sont, en outre, divisés en types B-

isomorphe et B-eutectoïde. Les éléments B-isomorphes ont une solubilité a limitée et des additions accrues de ces éléments abaissent progressivement la température de transformation. Les éléments B- eutectoides ont une solubilité bêta restreinte et forment des composés intermétalliques par décomposition eutectoïde de la phase B. Les éléments a -stabilisants importants comprennent l'aluminium, l'étain, le zirconium et les éléments

interstitiels, tels que l'oxygène, l'azote et le carbone.

De petites quantités de ces éléments interstitiels considérés, en règle générale, comme des impuretés, ont une action importante sur la résistance mécanique de l'alliage et finalement le rendent cassant à la température ambiante. L'a-stabilisateur le plus important est l'aluminium et l'addition de cet a-stabilisateur au titane se traduit par une résistance mécanique accrue du

matériau à base de titane.

Les éléments alliés B-stabilisants importants sont les éléments à réseau cubique centré (bcc) du type

vanadium, molybdène, tantale et niobium, du type B-

isomorphe, ainsi que du type manganèse, fer, chrome,

cobalt, nickel, cuivre et silice, du type B-eutectoide.

Les éléments du type cuivre, silicium, nickel et cobalt sont désignés "formes eutectoïdes actives" du fait d'une

rapide décomposition de B en a et d'un composé.

Les alliages du type B, qui sont sensibles au traitement thermique, sont caractérisés par une densité plus élevée que le titane pur et sont facilement fabriqués par usinage à froid. Le but de la formation d'alliage B est de réaliser un alliage tout entier en phase B à la température ambiante avec des qualités intéressantes pour l'industrie, de former des alliages avec une structure double a et B pour favoriser la réponse au traitement thermique (c'est-à-dire changer le rapport volumique a et B) ou bien d'utiliser des éléments B-eutectoïdes pour un durcissement intermétallique. L'élément B-allié le plus

important du point de vue industriel est le vanadium.

Les références suivantes décrivent différentes compositions d'alliage à base de titane, qui sont connues dans la technique, toutefois, aucune de ces références ne décrit le procédé ni la composition inventifs de la

présente invention.

Le brevet U.S. 2 754 204 délivré à Jaffee et al. propose un alliage à base de titane, résistant, ductile et thermiquement stable, qui renferme comme constituants essentiels de l'aluminium, conjointement avec un ou plusieurs éléments choisis dans le groupe constitué par le vanadium, le columbium et le tantale. La teneur en oxygène des compositions en alliage de titane, décrite dans cette référence, ne dépasse 0,20 %. Ces alliages à base de titane sont considérés comme présentant d'excellentes caractéristiques au soudage et ne deviennent pas cassants lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées pendant une longue période de temps. Les alliages à base de titane décrits dans cette référence sont réalisés par coulée à chaud dans un moule froid, en utilisant un arc électrique dans une atmosphère inerte, ou par un autre moyen grâce auquel l'alliage est transformé à l'état fondu avant la

coulée.

Le brevet U.S. 2 884 323 délivré à Abkowitz et al. se rapporte à des alliages à base de titane et, plus particulièrement, des alliages quaternaires à base de titane, renfermant de l'aluminium, du vanadium, du fer et des quantités notables d'oxygène. En outre, cette référence fait état d'un alliage à base de titane, constitué de 0, 80 à 1,8 % de Al, de 7,5 à 8,5 % de V, de 4,5 à 5,5 % de Fe, 0,30 à 0,50 % de 02, le reste étant des impuretés incidentes. Les alliages quaternaires à base de titane sont considérés comme présentant une résistance élevée à la traction tout en conservant un allongement et

un ductilité à la flexion appropriés.

Le brevet U.S. 4 898 624 délivré à Chakrabarti et al. se rapporte à des alliages de titane ayant des propriétés mécaniques améliorées, les rendant plus intéressants en tant que composants rotatifs, tels que des hélices, des disques, des arbres et analogues pour turbines à gaz. Les alliages à base Ti-6A1-4V, qui peuvent être utilisés pour obtenir les propriétés améliorées, ont la composition générale suivante: de 5,5 à 6,75 % de Al, de 3,5 à 4,2 % de V, de 0,15 à 0,20 % de 02, de 0,025 à 0, 05 % de N, de 0,30 % de Fe, et de faibles quantités d'autres impuretés inévitables. Afin d'obtenir la microstructure souhaitée, la composition d'alliage est préchauffée au-dessus de la température de transition bêta pendant une période de temps et à une température suffisantes, préchauffage suivi par un refroidissement rapide. Par la suite, l'alliage est ensuite vieilli de façon à obtenir un précipité de quelques particules alpha fines et à renforcer et

stabiliser la microstructure de l'alliage.

Le brevet U.S. n 4 943 412 délivré à Bania et al. propose un alliage alpha-bêta à base de titane comportant, en pourcentage pondéral, de 0,04 à 0,10 % de silicium et de 0,03 à 0,08 % de carbone. Les alliages, décrits dans cette référence, sont caractérisés comme possédant une résistance mécanique accrue par comparaison avec des alliages auxquels ne sont pas ajoutés des additifs du type silicium et carbone. En outre, les alliages peuvent additionnellement comporter jusqu'à 0,30 % de Fe et jusqu'à 0,25 % de 02. Les compositions d'alliage sont d'abord laminées et ensuite bêta-recuites pour obtenir le

produit final.

Le brevet U.S. n 5 032 189 délivré à Eylon et al. se rapporte à des composants à base d'alliage de titane à peu près alpha (c'est-à- dire avec moins de 2 % de stabilisateurs B) et alpha+bêta, qui sont fabriqués par un procédé qui comporte les étapes consistant à forger une billette en alliage en une forme souhaitée à une température au-dessus de la température de transition bêta de l'alliage afin d'obtenir un composant forgé, à chauffer le composant forgé à une température approximativement égale à la température de transition bêta de l'alliage, à refroidir le composant selon une vitesse supérieure au refroidissement par l'air jusqu'à la température ambiante, à recuire le composant à une température de 10 à 20 % inférieure à la température de transition bêta, et à

refroidir le composant à l'air.

Comme indiqué auparavant ci-dessus, aucune des références décrites ici ne se rapporte à un procédé à faible coût pour obtenir un comportement balistique amélioré des alliages classiques Ti-6A1-4V en augmentant la teneur en oxygène de cet alliage au-delà de la limite habituelle de 0,20 % et en traitant le produit final pour obtenir une plaque en mettant en oeuvre des températures de four dans le domaine de la phase bêta. Le domaine de la phase bêta est la zone du diagramme de phase dans laquelle la phase principale présente dans l'alliage de titane sera

de type bêta.

La présente invention concerne un procédé à faible coût pour obtenir un comportement de résistance

balistique, équivalent ou supérieur, des alliages Ti-6A1-

4V normalisés. Le procédé, selon la présente invention,

implique d'augmenter la teneur en oxygène de l'alliage Ti-

6A1-4V au delà de la limite classique de 0,20 % au maximum, spécifiée pour les composés de la technique antérieure, et de chauffer par la suite l'alliage de titane riche en oxygène à des températures dans la gamme de la phase bêta. Ceci procure l'avantage de permettre d'utiliser des rebuts à taux en oxygène très élevé, de coût habituellement moindre, destinés à être traités à nouveau avec des matières premières sans sacrifier le comportement balistique des plaques de blindage obtenues à

partir de ces matériaux.

Plus particulièrement, la présente invention concerne un procédé amélioré pour procurer un comportement balistique, équivalent ou supérieur, à des plaques de blindage en Ti-6A1-4V, procédé selon lequel (a) on part d'un alliage de titane dans lequel les limites de composition dudit alliage de titane sont de 5,5 à 6,75 % de Al; de 3, 5 à 4,5 % de V; de 0,20 à 0,30 % de 02; de 0,50 % de Fe au maximum; et de 0,50 % au maximum d'autres impuretés; (b) on B-traite ledit alliage de titane en chauffant ce dernier à une température dans la gamme de phase bêta et en usinant ensuite cet alliage; et (c) on

refroidit cet alliage usiné à la température ambiante.

En outre, la présente invention propose une nouvelle composition en alliage Ti-6A1-4V qui présente des propriétés équivalentes de résistance à la traction et de limites élastiques pour le matériau bêta-traité. Par ailleurs, les compositions de titane de la présente invention présentent des propriétés balistiques, équivalentes ou améliorées, comparées aux compositions de titane décrites auparavant dans la technique. La nouvelle composition Ti-6A1-4V de la présente invention est obtenue en modifiant les limites de la composition d'alliage à 5,5 à 6,75 % de Al, 3,5 à 4,5 % de V, 0,20 à 0, 30 % de 02, une teneur en Fe inférieure à 0,50 % et d'autres impuretés inférieures à 0,50 %; et en chauffant ensuite la composition d'alliage à des températures dans la gamme de

phase-bêta.

Selon la présente invention, un procédé à faible coût

pour améliorer le comportement balistique de l'alliage Ti-

6A1-4V normalisé est proposé. La première étape de la présente invention implique de modifier les limites de la composition de l'alliage à base de titane aux limites suivantes: (a) de 5,5 à 6,75 % de Ai; (b) de 3,5 à 4,5 % de V; (c) de 0,20 à 0,30 % de 02; (d) 0,50 % de Fe au

maximum; et (e) 0,50 % au maximum d'autres impuretés.

Dans une forme de réalisation préférée de la présente invention, les limites de la composition de l'alliage de titane sont modifiées à 6,2 % de Ai; 4,0 % de V; 0,25 % de 02; et 0,20 % de Fe. Les autres impuretés qui peuvent être présentes dans l'alliage à base de titane comportent un ou plus d'un parmi les éléments B-stabilisants suivants Cr, Ni, Mo et Cu. Comme mentionné auparavant dans ce qui précède, la quantité totale de ces impuretés dans la composition d'alliage de titane ne doit pas dépasser 0,50 %. De préférence, la quantité totale d'impuretés

inévitables ne dépasse pas 0,30 %.

Cette modification de l'accroissement de la teneur en oxygène au-delà de la gamme normalement spécifiée par des spécifications militaires standardisées est, de préférence, réalisée en utilisant un matériau en alliage de Ti-6A1-4V de coût inférieur, à base de rebuts. D'autres moyens pour augmenter la teneur en oxygène au-delà de 0,20 % comporte l'utilisation d'articles finis ou broyés, importants ou petits, de tournures, de rognures, de copeaux, de morceaux, de poudres et analogues. Les matériaux du type rebuts de titane de faible coût, qui sont riches en oxygène, sont spécialement appropriés pour ce procédé, toutefois, avant son utilisation, le métal de rebuts doit être nettoyé si nécessaire avec des détergents, des solvants organiques ou bien au moyen de méthodes connues dans la technique pour éliminer l'huile et les graisses. Les agents contaminants métalliques non désirés, tels que des rebuts de fraisage, peuvent être physiquement ou mécaniquement éliminés. Le matériau nettoyé devra être également séché, si nécessaire, pour

éliminer l'humidité.

La quantité totale de matériau riche en oxygène qui peut être tolérée par la présente invention pour des applications sous forme de plaques de blindage est d'environ 25 à environ 100 %. De façon préférée, la quantité totale de matériau riche en oxygène présent dans la composition est d'environ 60 à environ 100 %. De façon plus préférée, la quantité totale en matériau riche en oxygène, qui peut être tolérée, dans la présente

invention, est de 100 %.

Le matériau à base de titane, riche en oxygène, est ensuite fondu une fois pour obtenir une brame présentant une épaisseur souhaitée. L'expression "riche en oxygène" est utilisée ici pour indiquer que la teneur en oxygène dans l'alliage de titane est au-delà de la limite maximale de 0,20 %, spécifiée par la norme militaire. Le procédé de fusion de ce matériau renfermant du titane, riche en oxygène, peut être mis en oeuvre par des techniques classiques bien connues dans ce domaine, telles que par un procédé de fusion unique à faisceaux d'électrons (EB), fusion par plasma ou analogues. La technique préférée pour fondre la composition de titane riche en oxygène consiste à utiliser une simple technique au creuset. Ce procédé de fusion peut être mis en oeuvre sous vide ou dans une atmosphère de gaz inerte. Les gaz inertes qui peuvent être utilisés par le simple procédé de fusion comprennent He,

Ar et analogues.

Le simple procédé de fusion au creuset implique, à la base, de fondre le matériau renfermant le titane, riche en oxygène, dans un four à sole à moulage à froid, en utilisant des sources d'énergie de type plasma ou rayonnement électronique. Les conditions de fusion mises en oeuvre dans le procédé de fusion simple au creuset sont efficaces pour provoquer une liquéfaction suffisante du matériau à base de titane, riche en oxygène. Plus avantageusement, une brame à Ti-6A1-4V, riche en oxygène Il et fondue de façon homogène, est directement moulée à

partir du four à sole.

Une fois que le matériau à base de titane, riche en oxygène, est fondu en une brame, cette dernière est ensuite refroidie à la température ambiante. Le procédé de refroidissement peut être mis en oeuvre dans l'air, sous

une atmosphère de gaz inerte ou sous vide.

La dimension et la forme de la brame en Ti-6A1-4V, riche en oxygène, ainsi formée, peuvent varier en fonction de l'application désirée du produit final. De la même manière, l'épaisseur de la brame peut également varier en fonction uniquement de l'application souhaitée pour le

produit final.

La brame renfermant le matériau en Ti-6A1-4V, riche en oxygène est ensuite transformée par traitement en produit final, en mettant en oeuvre les températures de chauffage dans la gamme du domaine bêta. Par gamme du domaine bêta, on entend une température au-dessus de la transition bêta de la brame devant être traitée. De façon plus spécifique, la brame en Ti-6Al-4V est ensuite chauffée à des températures d'environ 990 à environ 1200 C pendant une période de temps d'environ 1 à environ 12 heures. Plus avantageusement, la brame en Ti-6A1-4V est chauffée à des températures d'environ 1050 à environ 1100 C pendant une période de temps d'environ 3 à environ 6 heures. Le plus avantageusement, la brame, riche en

oxygène, est chauffée à 1075 C pendant 4 heures.

Par la suite (après chauffage de la brame à des températures se situant dans le champ de phase bêta), la brame en Ti-6A1-4V traitée en phase bêta est ensuite laminée pour former une plaque présentant une épaisseur d'environ 0,48 à environ 15,24 cm Plus avantageusement, la brame traitée en phase bêta est laminée jusqu'à une épaisseur d'environ 2,54 à environ 7,62 cm. Le plus avantageusement, la brame renfermant du titane, riche en oxygène, est traitée en phase bêta et laminée en une

plaque présentant une épaisseur de 3,81 cm.

La plaque peut être ensuite conditionnée, si nécessaire, par l'une quelconque des techniques bien connue dans ce domaine. Ces techniques de conditionnement comprennent le sablage, le polissage ponctuel et le décapage. La plaque conditionnée peut être ensuite recuite sous vide et traitée thermiquement, si nécessaire, en utilisant des techniques classiques bien connues dans ce

domaine.

Les essais balistiques sur les plaques à base de titane, riche en oxygène, de la présente invention, sont mis en oeuvre à l'Army Research Laboratory (Aberdeen Proving Grounds, Md), selon un protocole exposé auparavant dans Military Specification Titanium Alloy Armor Plate, Weldable; 28 avril 1978 (MIL-A-46077D), qui sont cités ici à titre de référence. La limite balistique V50 utilisée pour déterminer les propriétés balistiques des plaques est la vitesse pour laquelle 50 % de perforations sont attendues pour un essai spécifique ou une cible spécifique. Des nombres plus élevés traduisent un meilleur

comportement balistique.

Les exemples suivants sont donnés pour illustrer la portée de l'invention. Etant donné que ces exemples sont donnés à titre uniquement illustratif, les modes de réalisation qui en résultent ne doivent pas être

considérés comme limitatifs de cette invention.

EXEMPLE I

Un rebut de Ti-6A1-4V présentant une teneur en oxygène de 0,22 % est nettoyé avec des détergents afin d'éliminer l'huile ou la graisse qui peuvent être présentes dans ce matériau du type rebut. Une fois terminée la technique de nettoyage, le matériau du type rebut de titane, riche en oxygène, est ensuite séché pour éliminer l'humidité qui peut se trouver à la surface dudit matériau. Le rebut séché de Ti-6A1-4V est ensuite placé dans une goulotte d'alimentation d'un four à sole à moulage & froid et ensuite soumis à une simple technique de fusion par faisceau d'électrons (EB). La simple technique de fusion EB est mise en oeuvre à une température suffisante pour provoquer la liquéfaction du matériau de rebut. La composition fondue, à base de titane, riche en oxygène, est ensuite refroidie dans le four et finalement à l'air jusqu'à la température ambiante afin de former une brame

de Ti-6A1-4V présentant une épaisseur d'environ 30,5 cm.

La brame est ensuite B-traitée à une température de 1070 C pendant 4 heures, et refroidie par la suite à la température ambiante. Ensuite, la brame de Ti-6Al-4V traitée en phase B est B-laminée pour former une plaque

présentant une épaisseur de 3,8 cm.

Les propriétés physiques de la plaque de blindage en Ti-6A1-4V, riche en oxygène, qui a été B-traitée à températures élevées, sont illustrées dans le tableau I.

Les propriétés physiques de la plaque de blindage en Ti-

6A1-4V sont testées à la fois dans les directions longitudinales (L) et transversales (T). Le taux balistique normalisé VN pour la plaque est déterminé comme étant 1046. La résistance à la traction (UTS) et la limite élastique (YS) dans la direction longitudinale de la plaque formée ayant une teneur en oxygène de 0,22 % sont déterminées comme étant de 142 KSI et 126 KSI, respectivement. La même plaque de blindage, lorsqu'elle est testée dans la direction transversale, présente un UTS

de 147 KSI et un YS de 135 KSI.

Les résultats démontrent clairement qu'un comportement balistique élevé peut être atteint en utilisant une plaque à forte teneur en oxygène, traitée en phase B. Ce résultat est totalement inattendu en se basant sur les découvertes de la technique antérieure et la connaissance classique, étant donné qu'une teneur élevée en oxygène est considérée comme affectant, de façon

nuisible, la plaque de blindage.

EXEMPLE II

Une plaque en Ti-6A1-4V présentant une épaisseur de 3,8 cm est préparée selon la technique décrite dans l'exemple I, sauf qu'un lingot satisfaisant aux exigences traditionnelles de la norme classique en Ti-6A1-4V, est utilisé. Le lingot présente une teneur en oxygène de 0,15 %, ce qui se situe à l'intérieur de la gamme

spécifiée dans la norme militaire.

Les propriétés physiques de cette plaque sont illustrées dans le tableau I. Le taux balistique normalisé VN de cette plaque en Ti-6A1-4V est déterminé comme étant 1037, ce qui représente une légère diminution du comportement balistique, par comparaison avec la plaque préparée dans l'exemple I. Cet exemple illustre l'importance de l'utilisation d'un alliage en Ti-6A1-4V présentant une teneur élevée en oxygène au-delà de la

limite spécifiée dans les règlements militaires.

EXEMPLE COMPARATIF I

Une plaque normalisée en Ti-6A1-4V, qui présente une épaisseur de 3,8 cm est préparée par un procédé classique a +B (c'est-à-dire laminée en dessous du point de transition bêta). De façon plus spécifique, la plaque en Ti-6Al-4V est formée en chauffant à 955 OC pendant

4 heures. La teneur en oxygène de cette plaque en Ti-6A1-

4V est de 0,10 %, ce qui se situe & l'intérieur de la

gamme spécifiée par les règlements militaires.

Le tableau I illustre les propriétés physiques de cette plaque de blindage. Le taux balistique normalisé VN de cette plaque est déterminé comme étant 1001, tandis que la résistance à la traction (UTS) et la limite élastique (YS) dans la direction longitudinale sont de 136 KSI et 124 KSI, respectivement. Des valeurs similaires pour les UTS et YS sur la même plaque de blindage sont obtenues dans la direction transversale. De façon tout à fait inattendue, le comportement balistique de cette plaque en Ti-6A1-4V, qui est préparée par la technique classique a +B, est inférieur à la valeur obtenue dans l'exemple I. Ces résultats démontrent clairement qu'un comportement balistique amélioré d'une plaque en Ti-6A1-4V peut être atteint en utilisant une plaque à teneur élevée en oxygène, traitée en phase B.

EXEMPLE COMPARATIF II

Une plaque de blindage de 3,8 cm en Ti-6A1-4V est traitée selon la technique décrite dans l'exemple comparatif I; toutefois, la teneur en oxygène de ce

matériau est de 0,15 %.

Les propriétés physiques de cette plaque en Ti-6A1-4V sont illustrées dans le tableau I. Le taux balistique pour cette plaque est le même que celui déterminé dans l'exemple comparatif I. Cette donnée comparée à celle de l'exemple I, illustre une fois encore qu'un comportement balistique amélioré peut être obtenu grâce à la présente invention. C'est-à-dire qu'un comportement balistique amélioré d'un alliage à base de titane peut être atteint en utilisant une composition à teneur élevée en oxygène et entraitant en phase B le produit riche en oxygène à des températures se situant dans le domaine de la phase B.

EXEMPLE COMPARATIF III

Une plaque de blindage de 3,8 cm en Ti-6A1-4V est traitée selon la technique décrite dans l'exemple comparatif I; toutefois, la teneur en oxygène de l'alliage se situe au-delà de la limite spécifiée par les règlements militaires de 0,20 %. Cet exemple comparatif est réalisé pour illustrer l'importance des températures

utilisées dans le domaine de la phase bêta.

Les données concernant cette plaque de blindage sont illustrées dans le tableau I. Le taux balistique normalisé VN de cette plaque en Ti-6Al- 4V présentant une teneur en oxygène de 0,22 % et traitée par la technique a+B à basse température, est déterminé comme étant 1031. Cette valeur est plus élevée que n'importe laquelle parmi les exemples comparatifs antérieurs; toutefois, cette valeur est encore inférieure à celle spécifiée dans l'exemple I. La raison pour ce léger accroissement n'est pas déterminée avec certitude, mais les résultats de cet exemple comparatif illustre une fois de plus que le meilleur comportement balistique peut être obtenu dans mettant en

oeuvre le procédé de l'invention.

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TABLEAU I

5.PROPRIETES D'UNE PLAQUE EN Ti-6Al-4V DE 3,8 cm DIRECTION a UTS bd TAUX EXEMPLE PROCEDE 02,% DIRECTION UTS,KSI YSc,KSI EL,% BALISTIQUE

DE L'ESSAI NORMALISE, VN

B 0,f22 L 142 126 1il 1046

T 147 135 12

2 B13 0,15 L 140 126 16 1037

T 147 137 15

:. -=. -=-- - J: . - -.-. -::;: : fl:-'- 'I:-

5.::} =.*--:'/-,,. ?-,-.:-';.--.':.- -.--:.. .,, =-. -,=... --:,-.-...-,-.....

CE 1 a+B 0,10 L 136 124 15 1001

_ _ _T 131 119 16 _ _ _ _ _

CE 2 a+B 0,15 L 143 131 16 1001

T 141 128 15

CE 3 cr+B 0, 22 L 146 132 15 1031

T 147 135 14

a Direction de l'essai soit longitudinale (L), soit trans-

versalé.(T), linéairement b Résistance'à la traction de l'échantillon c Limite élastique de l'échantillon

Allongement -

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Procédé amélioré pour conférer un comportement balistique équivalent ou supérieur à des plaques de blindage en Ti-6A1-4V, procédé selon lequel: (a) on part d'un alliage en titane dans lequel les limites de composition dudit alliage de titane sont de 5,5 à 6,75 % de Al; de 3,5 à 4,5 % de V; de 0,20 à 0,30 % de 02; 0,50 % au maximum de Fe; et 0,50 % au maximum d'autres impuretés; (b) on B-traite ledit alliage de titane en chauffant ce dernier à une température dans le domaine de la phase bêta et ensuite en usinant ledit alliage; et (c) on refroidit ledit alliage usiné à la température ambiante.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la composition de l'alliage de titane est de 6,2 % de Al; 4,0 % de V et 0,25 % de 02

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la teneur en oxygène de l'alliage de titane est accrue en

utilisant un rebut de Ti-6Al-4V.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 3, dans lequel dans l'étape (a), l'alliage de titane est fondu en utilisant un simple procédé de fusion au

creuset après quoi on le refroidit sous forme de solide.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, dans lequel le simple procédé de fusion au creuset est mis en oeuvre en utilisant une source unique d'énergie

à faisceaux d'électrons.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 5, dans lequel le simple procédé de fusion au creuset est mis en oeuvre sous vide ou dans une atmosphère de gaz inerte.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 4, dans lequel l'alliage de titane est simplement fondu sous une forme appropriée pour un traitement ultérieur.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 7, dans lequel l'alliage de titane est B-traité à des températures d'environ 990 jusqu'à environ 1200 OC pendant

environ 1 à environ 12 heures.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 8, dans lequel l'alliage de titane est B-traité à une température d'environ 1050 jusqu'à environ 1100 C pendant

environ 3 à environ 6 heures.

10. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 9, dans lequel l'alliage de titane est B-traité à

1075 C pendant 4 heures.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 10, dans lequel l'alliage de titane B-traité est

laminé en une plaque.

12. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 11, dans lequel la plaque est laminée jusqu'à une

épaisseur d'environ 0,48 jusqu'à environ 15,24 cm.

13. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 12, dans lequel la plaque est laminée jusqu'à une

épaisseur d'environ 2,54 à environ 7,62 cm.

14. Procédé selon l'une quelconque des revendications

1 à 13, dans lequel la plaque est laminée jusqu'à une

épaisseur d'environ 3,81 cm.

15. Alliage à base de titane comportant de 5,5 à 6,75 % de Al; de 3,5 à 4,5 % de V; de 0,20 à 0,30 % de 02; 0,50 % de Fe au maximum et 0,50 % au maximum d'autres

impuretés inévitables.

16. Alliage à base de titane selon la revendication , dans lequel l'alliage comporte 6,2 % de Al, 4,0 % de V et 0,25 % de 02

17. Plaque de blindage balistique, constituée de 5,5 à 6,75 % de Al; de 3,5 à 4,5 % de V; de 0,20 à 0,30 % de 02; 0,50 % de Fe au maximum et 0,50 % au maximum d'autres

impuretés inévitables.

18. Plaque de blindage balistique selon la revendication 17, dans laquelle la plaque de blindage est constituée de 6,2 % de Al; de 3,5 à 4,0 % de V.et de

0,25 % de 02.