Un guide sur le traitement des solutions d'alliage de titane : qu'est-ce qui est exactement « solidifié » et « dissous » ? - Actualités

Si le recuit revient à « prendre un sauna et se détendre lentement », alors l'image visuelle du traitement en solution est exactement le contraire : chauffer letitanecomposant à une température très élevée, en le maintenant jusqu'à ce qu'il soit complètement chauffé, puis en le "passant dans l'eau froide" le plus rapidement possible-trempe à l'eau. L’un est un chauffage lent, l’autre un refroidissement rapide ; les processus sont exactement opposés. Mais n’assimilez pas cela trop rapidement au processus de « durcissement par trempe » utilisé pour l’acier. Ce traitement « à l'eau froide » des alliages de titane cache un secret qui défie le bon sens : le but de la trempe n'est pas de durcir immédiatement le matériau.

I. Commençons par démystifier un mythe : pourquoi le titane ne durcit-il pas instantanément comme le fait l'acier lorsqu'il est trempé ?

Lorsque l'acier est chauffé jusqu'à ce qu'il soit rouge-, puis plongé dans l'eau, il émet un « grésillement » et devient suffisamment dur pour rayer le verre. Tout cela est dû au carbone-les atomes de carbone sont minuscules, donc lors d'un refroidissement rapide, ils n'ont pas le temps de se diffuser et sont efficacement enfermés dans le réseau cristallin, provoquant une distorsion sévère et formant une martensite dure et cassante. Cette seule étape maximise à elle seule la résistance du matériau. Beaucoup de gens pensent que les alliages de titane peuvent être traités de la même manière. Mais la martensite de titane ne fonctionne pas de cette façon. Les éléments d'alliage du titane-tels que l'aluminium, le vanadium et le molybdène-ont à peu près la même taille que les atomes de titane ; ils « déplacent » d'autres atomes pour s'insérer dans le réseau cristallin, contrairement au carbone, qui est une petite particule forcée dans les interstices. Par conséquent, les distorsions du réseau causées par la martensite formée lors d'un refroidissement rapide -hexagonal ′ et orthorhombique ″-sont beaucoup moins graves que celles de l'acier. En conséquence, la martensite obtenue par trempe des alliages de titane n'offre qu'un effet de renforcement limité et conserve même une ductilité décente.

II. Qu'est-ce qui est exactement « solidifié » et qu'est-ce qui est « dissous » dans une solution solide ?

A haute température, une partie de la phase présente dans l'alliage de titane à basse température se dissout progressivement dans la phase. Plus la température est élevée-et plus elle est proche de la température de transformation (T )-plus la phase se dissout et plus la concentration d'-éléments stabilisants (vanadium, molybdène, fer et chrome) enrichis dans la phase est élevée. Le traitement en solution solide consiste à chauffer l'alliage à une température suffisamment élevée (au-dessus de la région de la phase +, ou même dans la région de la phase mono-), en le maintenant à cette température pendant une durée suffisante pour permettre une dissolution complète des composants solubles, obtenant ainsi une « microstructure uniforme » à haute température ; puis en la refroidissant rapidement pour geler le processus de diffusion en un instant-la phase enrichie en éléments d'alliage est forcée de rester à température ambiante avant d'avoir le temps de précipiter pendant le refroidissement. Cet état figé peut être martensitique ′/″, ou il peut être métastable directement retenu. Même s’il ne s’agit pas en soi de l’État le plus fort, il est « bourré » d’éléments qui auraient dû se précipiter mais qui ne se sont pas produits. En termes techniques, cela s'appelle une solution solide sursaturée-un état « tendu » thermodynamiquement instable et prêt à se décomposer à tout moment.

III. Quelle doit être la durée du temps de maintien ? Ce n'est pas déterminé par une minuterie, mais par l'épaisseur de la pièce. La température de traitement de la solution est réglée à proximité du point de transformation de phase, tandis que le temps de maintien est entièrement déterminé par la possibilité ou non de chauffer complètement la pièce. Les différences sont frappantes : la tôle et le film ne nécessitent généralement que 2 à 30 minutes de temps de maintien, tandis que les pièces très fines peuvent être entièrement chauffées en quelques secondes seulement ; les barres et les pièces forgées nécessitent souvent plusieurs dizaines de minutes, et les grandes pièces forgées spéciales peuvent même devoir être conservées jusqu'à 4 heures-si le noyau n'est pas chauffé uniformément, le degré de traitement de la solution sera incohérent entre l'intérieur et l'extérieur, ce qui entraînera deux ensembles distincts de propriétés après la trempe. Le livre note également spécifiquement : si un thermocouple est utilisé pour mesurer la température directement sur la charge du four, le temps de maintien peut en fait être raccourci.

IV. N'oubliez pas : la solution-l'état traité n'est pas le produit final-c'est un point important à souligner. Un composant en titane qui vient d'être trempé est dans un état sursaturé et métastable ; sa résistance n’est souvent pas encore complètement développée et sa microstructure est instable. Il ne s’agit pas d’un produit fini prêt à être livré immédiatement. C'est comme un plat dont les ingrédients ont été préparés et -surgelés-prêts à être cuits-mais pour vraiment faire ressortir sa saveur, il s'appuie sur le processus de vieillissement ultérieur. Dans la pratique de l'ingénierie, il n'est généralement pas conseillé de retarder la transition du traitement en solution au vieillissement ; cela est particulièrement vrai pour les qualités où la phase métastable subit des changements lents à température ambiante - celles-ci doivent être placées rapidement dans le four de vieillissement.

Grade 5 Titanium alloy forged round ring