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Microstructure des alliages de titane

La formation des microstructures depuis le domaine haute température beta est étudiée pour divers alliages de titane [1]. Des diagrammes de transformation de phases (TTT ou TRC) ont été établis pour divers alliages de titane (alpha+beta ou beta métastable) par résistivité électrique et par DRX synchrotron [2]. La figure ci-dessous donne le diagramme TTT obtenu pour l'alliage Ti 5Al5Mo5V3Cr.

Pour les alliages de titane de la famille alpha+beta ou beta métastable, suivant les températures de transformation et la force motrice de transformation, divers mécanismes de germination et croissance sont mis en jeu. Aux faibles forces motrices de transformation, la germination de la phase fille a est hétérogène et se produit aux joints des grains (voire point triple ou quadruple) suivie d'un mouillage le long du joint (alphaGB). Une croissance latérale se produit suivie de la formation de colonies de lamelles alpha de même orientation cristallographique que le joint de grain dont elles sont issues (ref_acta) (alphaWGB). La cinétique de croissance est fortement contrôlée par la partition des solutés entre phase parente et phase fille. La figure ci dessus présentant une colonie de lamelles alphaWGB et la phase parente beta, observée en MET), comme la composition obtenue en EDX le long de la ligne AA' illustre la partition des solutés observée en fin de de transformation comme au cours (ref). Le changement de composition moyenne de la phase parente est également illustré par les évolutions de composition chimique caractérisée par DRX synchrotron au cours d'études en condition de transformation isotherme (fig).

Lorsque la force motrice augmente, la germination de grains alpha est intra granulaire (alphaWI), avec des arrangements spatiaux évoluant de quelques plaquettes parallèles (colonies enchevêtrées) vers des plaquettes individuelles caractéristiques des différents variants de alpha dans un même grain beta.

Les tailles caractéristiques des colonies comme des plaquettes intra granulaires sont fonction de la température de transformation; leur épaisseur diminue lorsque la force motrice de transformation augmente (lorsque la température de transformation diminue) et leur nombre augmente.

Pour les températures plus faibles (< 500°C) des phases métastables sont formées (alpha', alpha''). La caractérisation in situ par DRX rayonnement synchrotron conduisant aux paramètres de maille des phases parente et fille montre la faible (voire aucune) partition des éléments d'alliages pour ces températures. Aux plus faibles températures étudiées, la phase fille a'' a les mêmes paramètres de maille qu'une phase martensitique formée sous contrainte (alliages beta métastable). Cette faible partition est confirmée par des mesures récentes en SAT (Nag, ..).

<font size="1"><i>Diagramme TTT d'un alliage de titane</font></i>
<font size="1"><i>Lamelle de alpha-WGB (observation MET)</font></i>
<font size="1"><i>Composition des lamelles alphaWGB obtenue par EDX</font></i>
<font size="1"><i>Variation relative des paramètres de maille Beta au cours de la transformation</font></i>

Pour les alliages beta métastable, et aux températures voisines de 300-350°C, nous avons clairement montré à partir des caractérisations par DRX synchrotron que la séquence de transformation est la formation de omega, suivie de la formation de alpha'' (puis lorsque la température augmente (que la diffusion des solutés est plus favorable) la phase alpha'' évolue vers alpha. (Jalcom).

Les microstructures de ces alliages peuvent également être formées au cours de traitement de revenus, à partir de la phase beta métastable.

Nous avons montré l'influence de la vitesse de chauffage sur les microstructures après vieillissement.

En effet la séquence de précipitation et fonction de cette vitesse de chauffage, avec pour les vitesses de chauffage très lentes, formation de phase omega, alpha'' puis alpha, ou alpha'' puis alpha'. Ces phases métastables ne précipitent pas pour les vitesses très rapides.

Les propriétés mécaniques en résultant sont très différentes. L'étude par MET est en cours (collaboration E. Sukedai Japon).

 

Ces travaux sont une base essentielle pour la modélisation des cinétiques de transformation (paragraphe ).

Ils sont menés depuis de nombreuses années avec divers partenaires académiques et industriels dans le cadre de projets partenariaux (Projet FRAE PROMITI, projet ATOME) ou de collaborations directes (SAFRAN, EADS, Académiques). Ils se poursuivent en considérant les transformations de ces alliages en conditions de sollicitations extrêmes….

[1] Salib, M.; Teixeira, J.; Germain, L.; Lamielle, E.; Gey, N. & Aeby-Gautier, E. Influence of transformation temperature on microtexture formation associated with alpha precipitation at beta grain boundaries in a beta metastable titanium alloy Acta Materialia, 2013, 61, 3758-3768

[2] Geandier, G.; Aeby-Gautier, E.; Settefrati, A.; Dehmas, M. & Appolaire, B. Study of diffusive transformations by high energy X-ray diffraction Comptes Rendus Physique, 2012, 13, 257-267