«Approche des alliages de titane»: alliage de titane TC4

L'alliage de titane TC4 (Ti-6Al-4V) est un alliage de titane biphasé alpha + bêta typique et est actuellement l'alliage de titane le plus utilisé et le plus développé. Cet alliage se caractérise par sa faible densité, sa résistance spécifique élevée, sa bonne stabilité thermique et son excellente soudabilité, ce qui le rend très efficace pour diverses applications. Il est largement utilisé comme matériau structurel porteur dans les industries aérospatiale, marine, automobile et électrique. Par exemple, dans l'industrie aérospatiale, l'alliage de titane TC4 peut être utilisé pour fabriquer les coquilles des fusées spatiales, les pales de ventilateur des moteurs d'avion, diverses poutres, cadres, glissières, poutres de train d'atterrissage, et d'autres composants structurels porteurs principaux, ainsi que divers types de fixations.

La performance d'un matériau est déterminée par sa microstructure, et différents types de microstructures déterminent différentes propriétés mécaniques, permettant une application dans divers environnements de travail. L'alliage de titane TC4 est très sensible aux changements de microstructure résultant des processus de traitement thermique. Différentes caractéristiques des microstructures, telles que le rapport, la morphologie et la distribution des deux phases, peuvent être obtenues par traitement thermique et traitement de déformation. Les microstructures courantes de l'alliage de titane TC4 comprennent les quatre types suivants: les structures équiaxées, vannerie, bimodales et Widmanstätten, comme le montre la figure ci-dessous.

1) Structure équivalente:
La structure équiaxée est caractérisée par la présence de plus de 30% phase alpha équiaxe distribuée sur la matrice transformée bêta. Cette structure est généralement formée à des températures de 30 à 100 ° C en dessous du point de température de transition bêta, après un recuit de recristallisation suffisant et une déformation plastique substantielle. Plus la température de recuit est basse et plus la déformation plastique est étendue, plus la proportion de grains de phase alpha équiaxés est fine et élevée. La structure équiaxée a d'excellentes performances globales et est largement utilisée aujourd'hui, offrant un allongement élevé, des taux de réduction des sections transversales et une excellente plasticité. Cependant, il a une faible résistance aux chocs, des performances à haute température, une ténacité à la rupture et une résistance au fluage.

2) Basketweave Structure:
La structure de vannerie présente des phases alpha entrelacées en forme de plaque réparties sur la matrice transformée en bêta, formant un motif global en forme de panier. Cette structure est généralement formée lorsqu'elle est chauffée ou déformée dans la région de la phase bêta et la déformation est terminée dans la région biphasée alpha bêta. S'il y a une déformation significative dans la région biphasée, la phase alpha courte en forme de plaque sphéroïdisera pour former une structure équiaxée. La structure de vannerie a une résistance au fluage élevée et une bonne résistance au fluage, avec une excellente résistance thermique, ce qui la rend adaptée à la production de composants utilisés à des températures élevées pendant de longues périodes. De plus, ce type de structure a un faible taux de croissance des fissures de fatigue, ce qui le rend adapté aux composants structurels avec des exigences élevées de tolérance aux dommages. Cependant, la structure du vannerie a une faible plasticité et une faible stabilité thermique et peut présenter une «fragilité bêta». Le moyen d'éviter cela est de raccourcir le temps de chauffage et la température dans la région de la phase bêta et de réduire la taille des grains bêta d'origine.

3) structure bimodale:
La structure bimodale se compose de deux types de microstructures: l'une est la phase alpha équiaxe, avec un contenu ne dépassant pas 30%; l'autre est la structure transformée en bêta, avec des phases lamellaires alpha et bêta disposées en alternance. Cette structure est généralement obtenue par recuit ou déformation à des températures élevées dans la région biphasée alpha bêta. Parce que la structure bimodale présente les caractéristiques morphologiques de la structure équiaxe et basketweaveEs, il combine également les avantages de performance des deux. Par rapport à la structure équiaxée, la structure bimodale a une ténacité à la fracture, une résistance à la fatigue, une résistance au fluage et une résistance à long terme plus élevées. Par rapport à la structure de vannerie, la structure bimodale offre une meilleure plasticité, résistance à la chaleur, résistance à la température ambiante et résistance à la fatigue.

4) Structure de Widmanstätten:
Dans la structure Widmanstätten, les joints de grains bêta grossiers d'origine sont clairement visibles. Les grains bêta sont constitués de phases alpha et bêta lamellaires alternées disposées dans une structure transformée en bêta, la phase alpha lamellaire étant mince, droite et ayant un rapport d'aspect élevé avec une disposition parallèle. Ce type de structure est formé lorsque la température de chauffage dans la région monophasée bêta est trop élevée et que le degré de déformation est faible, suivi d'un refroidissement lent. La structure Widmanstätten présente une excellente résistance au fluage, une résistance à long terme et une ténacité à la rupture. Cependant, en raison de la présence de gros grains bêta originaux et de joints de grains alpha continus, sa plasticité est très mauvaise, similaire aux structures surchauffées en acier. Cela devrait être évité autant que possible dans les processus de production réels.