Le titane et ses alliages (TA6V, ...) peut être mise en forme par de nombreux procédés industriels (fonderie, forge, usinage, fabrication additive, ...) qui sont utilisés en fonction de la géométrie et de la taille de la pièce mais aussi de la série ou de la criticité de la pièce. L'aéronautique est un domaine d'utilisation majeur pour les alliages de titane.

titane aéronautique fonderie TA6V

Les procédés de transformation du titane
Le titane peut être mis en forme par différents procédés de transformation industriel :

  • La fonderie de cire perdue (avec sous vide). A noter que le titane nécessite d'utiliser un creuset froid et doit être mis en oeuvre sous vide
  • La fonderie sable par centrifugation (pour les grandes pièces) sous vide
  • La forge
  • L'usinage (pour arriver aux cotes finales) et l'électro-érosion
  • La fabrication additive (pour les petites pièces et petites séries type médicale) soit par frittage laser selective (SLM), soit par Dépôt de fil en fusion (Fused Deposition Modeling FDM / machine Stratasys)
  • La déformation à chaud (pour les tôles de titane)
  • Le formage superplastique

Les procédés complémentaires
Le titane peut nécessité un certain nombre d'opérations complémentaires pour atteindre les propriétés souhaitées :

  • Un traitement thermique
  • Une opération de CIC (compression isostatique à Chaud) qui supprimer les porosités internes non débouchantes
  • Une attaque chimique pour éliminer les alpha-case en surface de pièce

Les alliages de titane
Les différents alliages de titane sont :

  • Le titane pur avec 4 grades de pureté fonction de la teneur résiduelle en oxygène, carbone et hydrogène. Les propriétés mécaniques du titane varient en fonction de la teneur en impuretés. L’augmentation du pourcentage en O2 entraîne une diminution de l’allongement à la rupture, une augmentation de la résistance à la traction et de la limite élastique à 0,2%. L’H est un élément fragilisant entrainant une diminution importante de la résistance au choc.
  • TA5E (5% Al et 2% Sn). Le principal reproche fait aux alliages α est leur faible résistance à la corrosion sous tension.
  • Le Ti6Al4V est l'alliage phare de l'industrie du titane, également connu sous le nom Grade 5, TA6V ou Ti 6-4. Cet alliage de titane du type "α-β" est le plus couramment utilisé et représente 50% de l'utilisation mondiale de titane. Les stabilisateurs de phases sont l'aluminium et le vanadium. L’aluminium réduit la densité, stabilise et renforce la phase α tandis que le vanadium fournit une plus grande quantité de phase β, plus ductile pour le travail à chaud.
  • TV13CA, ce chef de file des alliages β est le TV13CA (13% Vanadium, 11% Chrome et 3% d’Aluminium) Ti30Pd. Pour les applications dentaires, la coulabilité est déterminante.
  • Quelques alliages sont proposés tels que le Ti30Pd et le Ti50Pd.
  • TiAl, Les intermétalliques TiAl permettent d'augmneter la tenue à chaud des alliages de titane

Les propriétés du titane
Les propriétés différenciantes du titane par rapport aux autres métaux sont sa résistance à la corrosion, souvent associée à la résistance à l’érosion et au feu, la biocompatibilité, mais aussi ses propriétés mécaniques (résistance, ductilité, fatigue, etc.) qui permettent notamment de façonner des pièces fines et légères pour de nombreux secteurs industriels (aéronautique, sport, médical, ...).

Histoire du titane

  • 1790: Il est découvert pour la première fois par Gregor dans des terrains sablonneux noirs. Gregor lui donne le nom de Ménachanit
  • 1799: Klaproth découvrit un nouvel oxyde identique à la ″ménachanite″ et lui donne le nom de ″Titane″ (du latin moderne ″Titanium″ dérivé de ″Titan″ s’inspirant de la mythologie grecque qui veut dire ″force″)
  • 1910: Hunter obtint les premières quantités de ″Titane″ presque pur par réduction du tétrachlorure de Titane (TiCl4) par le sodium (Na)
  • 1940: Kroll (chimiste Luxembourgeois) met au point un procédé de production industrielle du Titane