Soutenance mémoire
L’usinage de titane
Le titane s’usine à peu près comme l’acier inoxydable mais il faut tenir compte de sa réactivité avec les composants de l’acier à outils, de son affinité pour l’oxygène, de son élasticité. On observe des copeaux inhabituels et parfois :
• des températures élevées des arêtes et faces des outils,
• l’abrasion de leurs faces et arêtes tranchantes,
• des phénomènes de serrage ou de collage (parfois).
Il faut donc faire particulièrement attention au bridage de la pièce à usiner, ainsi qu’à la lubrification de la pièce (choisir une huile appropriée).Le titane peut être soudé pratiquement avec tous les procédés classiques. Le nettoyage et le dégraissage des surfaces à assembler doivent être réalisés avec soin. Il faut faire attention au métal d’apport (il doit être de même nature que le métal de base) et à la protection contre l’oxydation : le titane fondu ne doit pas être mis en contact avec l’air. Il faut le protéger en procédant soit sous vide, soit sous gaz neutre. Le T40 et le T60 sont « plus soudables » que le TA6V. Ils ne présentent pas de ségrégation de phases, de fissuration ou de dégradation de la résistance à la corrosion.
Progrès des études sur les composés intermétalliques
Avant les années 70, très peu de progrès ont été faits dans les études et les développements sur les composés intermétalliques en raison de leur fragilité intrinsèque à la température ambiante, cela limitait leurs utilisations industrielles. A la fin des années 70, quelques progrès remarquables sur les études de certains composés intermétalliques ont déclenché à nouveau l’intérêt du monde entier pour les alliages intermétalliques [22]. En 1976, les chercheurs américains ont trouvé que, par addition d’élément et par la technique de métallurgie des poudres, la ductilité et la résistance d’alliage à base de TiAl et de Ti3Al pouvaient être améliorées [23]. Ensuite, ils ont trouvé qu’à la température ambiante, après avoir substitué partiellement au Co du Ni ou du Fe, le composé Co3Al pouvait être transformé d’une structure hexagonale à une structure L12, ce qui présente une certaine ductilité [24]. En 1979, les chercheurs américains et japonais ont indiqué presque en même temps que, par l’addition de l’élément bore, la ductilité de composé Ni3Al pouvait être significativement améliorée [25]. Depuis ces 20 dernières années, les composés intermétalliques sont largement étudiés, les plus grands progrès concernent les composés intermétalliques de types A3B et AB dans les trois systèmes tels que Ni-Al, Fe-Al, et Ti-Al. Les composés intermétalliques tels que Ni3Al, NiAl, TiAl, et Ti3Al présentent de bonne tenue en température, ils pourraient donc être utilisés comme matériaux de structure mécanique à haute température. Actuellement, certains éléments de turboréacteurs fabriqués en alliages de Ni3Al, de TiAl et de Ti3Al sont en train d’être testés en dimensions réelles. En particulier, les composants en alliages de Ti3Al sont déjà utilisés en pratique. Les composés de Fe-Al seront également prometteurs dans le domaine industriel grâce à leurs bas coûts d’accès, à leurs ressources mondiales et à leurs hautes résistances à l’oxydation. Ils attirent donc beaucoup de chercheurs dans le monde entier [26]. Ces dernières années, de nouveaux systèmes de composés intermétalliques ayant des structures beaucoup plus complexes et des points de fusion beaucoup plus élevée tels que Nb-Al, Be-Nb, Mo-Si deviennent une nouvelle orientation d’étude et une nouvelle tendance de développement comme de nouveaux systèmes de matériaux de structure en température[27] Parmi les composés intermétalliques expliqué précédemment, les alliages à base de titane, en particulier à base de TiAl et Ti3Al, sont extrêmement prometteurs pour les application à haute température. Ils présentent par rapport aux alliages conventionnels divers avantages: module d’élasticité plus élevé, densité plus faible, meilleure tenue mécanique (résistance spécifique : contrainte à rupture/masse volumique) en température et plus grande résistance à l’oxydation par la formation en surface d’une couche passivante d’alumine. Ces alliages conservent par ailleurs une bonne stabilité dimensionnelle et ils sont ductiles à latempérature d’utilisation. De plus, ils ont des conductivités thermiques assez grandes. Tous ces critères étaient réunis pour en faire des matériaux de choix pour des applications à haute température.
Traitement de surface par nitruration
Les alliages à base de titane sont largement utilisés dans l’industrie aéronautique du fait de la combinaison de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leurs faibles masses volumiques. La bonne biocompatibilité de ces matériaux permet aussi de réaliser des produits à très forte valeur ajoutée à l’usage médical, comme les prothèses. Cependant leur faible résistance aux sollicitations tribologiques et à la corrosion montre qu’il faut améliore leurs propriétés de surface. Une solution consiste à réaliser un traitement thermochimique ou un dépôt. L’incorporation de d’azote en solution solide dans le titane sur plusieurs dizaines de (µm) et la formation d’une couche de nitrure TiNx permettent d’améliorer les performances tribologiques des pièces ainsi que leur résistance à l’oxydation et à la corrosion [38,39]. L’objectif de ce travail est de modifier la composition chimique en surface de des alliages à base de titane, en vue d’augmenter les propriétés superficielles tels que la micro dureté Vickers, la résistance à la corrosion et abrasion. Les alliages de titane possèdent la faculté avantageuse de présenter une trempe réelle en solution solide et de former les phases ε (Ti2N) et δ (TIN) par réaction directe avec l’azote Nous présenterons dans cette étude la méthode de traitement à bain des sels TF1.
Paramètres dynamiques de sollicitation de l’abrasion
La sollicitation dynamique est caractérise par la charge, la pression ou les contraintes exercées ainsi que par la nature et la forme des particules abrasives, le volume d’usure par abrasion croit linéairement avec la charge appliquée et avec la distance parcouru, le coefficient de proportionnalité dépend de la dureté des surfaces et de la géométrie des aspérités ou des grains abrasifs
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Table des matières
Introduction
Chapitre I : Etude bibliographique
I. Les Alliages de Titane
I.1. Introduction
I. 2. Historique
I. 3. Définition
a). Applications technologiques
b). L’usinage de titane
I.4. Les principales nuances de Titane
II. Progrès des études sur les composés intermétalliques
II.1. Les alliages à base de Ti-Al
II.1.1. Structure cristallographique de TiAl et Ti3Al
II.2 Classification des alliages de titane
II.2.1. Transformation allotropique
II.2.2. Effet des éléments d’addition
II.2.3 Propriétés physiques du titane et de ses alliages
II.2.4 Propriétés mécaniques
II.2.5. Influence des éléments d’addition
II.2.6 La morphologie de microstructure
II.2.7 Propriétés induites par la nature de la surface
II.2.8 Nature de la surface du titane et de ses alliages
II.3 Diagrammes d’équilibre
III. Traitements thermochimiques
III.1. Traitement de surface par nitruration
III. 1 .1. La microstructure du nitrure des couches d’alliages titaniques
a). Transformations de phase pendant le processus de la nitruration
III.1.2.Traitement en milieu liquide .bain de sels
a). Bains activés
III.1.3 Couche de diffusion
IV .Usure et comportement tribologique
IV.1.Analyse des systèmes tribologiques
IV.2.Définition de l’usure
IV.3.Classification de l’usure
IV.4. Différents formes d’usure
a). Usure adhésive
b). Usure par fatigue
c). Usure par corrosion
d). Usure par abrasion
IV. 5.Facteurs influant l’usure par abrasion
a). Paramètres dynamiques de sollicitation de l’abrasion
b). Influence de la dureté de l’abrasif
c). Granulométrie et forme de l’abrasif
d). Nature des matériaux
e). Influence de l’ambiance
f). Influence de la vitesse
IV.6 Formation des couches nitrurées et les oxydes dans les alliages à base de titane et étude de leurs comportement microstructural et mécanique
V. Corrosion des alliages à base de titane
Chapitre II : Matériau et techniques expérimentales
II. Matériau de l’étude
II.1. Installation de nitocarburation en bain de sel (procède Tenifer)
II.1.1.Nitrocarburation en bain de sel
II.2. Observations microscopiques
II.2.1.Microscope optique
II.3.1 Microdureté Vickers (HV)
II.4. Techniques d’analyse et de caractérisation des couches nitrocarburées
II.4.1. Diffraction des rayons x
II.4.2.Microscope électronique a balayage (MEB)
ΙΙ. 4.3. Technique de spectroscopie Raman
II.4.3.1 Principe
ΙΙ. 4.3.2. Applications de la spectrométrie Raman
II.4.4. Microscopie à force atomique
II.5. Abrasion
ΙΙ..5.1. Dispositif expérimental et les conditions d’essai
II.6. Essai de corrosion électrochimique
a). Mode opératoire
II.7. Mesure de la rugosité
Chapitre III : Résultats et discussions
III. Résultats et discussions
III. 1. Position du problème
III.1.Caractérisation du matériau à l’état brut de laminage à chaud
III.1.1. Structure métallographique
III.1.2. Microdureté Vickers
III.2. Nitrocarburation liquide de l’alliage binaire Ti6Al
III.2.1.Influence du temps de diffusion sur la cinétique de croissance des couches nitrocarburées
III.2.2. Identification par diffraction des rayons X des phases constituant les couches nitrocarbureés
III.3. Dureté des couches nitrocarbureés
III.4. Etat de surfaces
III.4.1. Profilométrie linéaire
III. 4.2. Topographie de la surface nitrocarburée de l’alliage TiAl par AFM
III. 5 Spectroscopie Raman
III.6.Abrasion du substrat et des couches nitrocarburées et mécanismes d’usure
III.7.Comportements à la corrosion des couches nitrocarburés
a). Etude Potentiodynamique
b). Etude par immersion
Conclusion
Références Bibliographiques
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