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Quel traitement thermique pour du titane ?

Désormais célèbre pour sa résistance à la corrosion et son exceptionnelle légèreté, le titane s’emploie de plus en plus dans le milieu industriel. Il peut se présenter de manière pure ou sous forme d’alliage. Appliquer des traitements thermiques aux pièces en titane permet notamment d’améliorer leurs performances mécaniques mais aussi leur résistance à l’usure . En fonction de la nature des composants, certains procédés s’avèrent plus adaptés que d’autres.

Le titane : un matériau de plus en plus utilisé

Depuis quelque temps, le titane fait de plus en plus parler de lui en raison de ses propriétés physiques et chimiques particulièrement intéressantes. Tout d’abord, ce matériau affiche une densité remarquablement faible, ce qui le rend beaucoup plus léger que certains autres métaux. À titre d’exemple, un centimètre cube de titane pèse environ 4 grammes, tandis qu’un centimètre cube d’acier en pèse 7.8. Le titane s’avère donc presque deux fois moins lourd que l’acier, ce qui représente un atout de taille pour certains secteurs industriels comme l’aéronautique, où la recherche de la légèreté demeure omniprésente. 

Ce matériau possède également une excellente résistance à la corrosion, ce qui en fait l’élément idéal pour la fabrication des connexions de câbles ou tuyauterie installés sous la mer, par exemple. Les constructeurs aéronautiques, mais aussi les filières des sports et loisirs ou encore le monde médical s’orientent de plus en plus vers le titane. En effet, en plus de s’avérer léger, performant et anti-corrosion, celui-ci se révèle également biocompatible, c’est-à-dire que l’organisme humain l’assimile parfaitement et ne peut pas le rejeter, contrairement à d’autres alliages. De ce fait, on trouve de plus en plus d’implants médicaux ou même de bijoux conçus à partir de ce matériau.

Les traitements thermiques adaptés au titane

Le titane se décline en réalité sous deux formes : une première, pure, et une deuxième, constituée  d’ un alliage de titane. Le plus connu reste sans doute le TA6V, qui contient 6 % d’aluminium et 4 % de vanadium, et s’emploie fréquemment dans la fabrication d’équipements sportifs et biomédicaux sans oublier le secteur de l’aéronautique. Le TA6V représente d’ailleurs à lui seul 50 % de la production mondiale d’alliages de titane. 

Même s’ils affichent des propriétés naturelles déjà très intéressantes, ces matériaux peuvent toutefois bénéficier de traitements thermiques afin d’améliorer encore leurs performances mécaniques ou leur résistance à diverses contraintes. Dans le cas du titane, le choix de la technologie de traitement thermique à appliquer dépend avant tout de la composition des pièces.

Traitements thermiques pour du titane pur

Les traitements thermiques appliqués à des pièces de titane pur peuvent servir deux objectifs. En premier lieu, la technique du recuit s’utilise pour la relaxation des contraintes exercées sur les pièces, dans le but d’augmenter leur stabilité dimensionnelle et limiter au maximum l’apparition de déformations. Cette méthode permet aussi d’améliorer la mise en forme des pièces, notamment au moment du découpage et de l’emboutissage, ainsi que leur usinabilité. 

Techniques de traitement pour des alliages de titane

Dans le cas d’un alliage, le traitement thermique sur du titane peut aussi avoir différents effets. Comme pour un matériau pur, la technique du recuit permet d’assurer la relaxation des contraintes et de garantir une meilleure usinabilité des pièces. 
D’autres méthodes conviennent toutefois mieux aux alliages de titane selon les propriétés recherchées. Par exemple, utiliser la trempe et le revenu participe notamment à augmenter la dureté et les caractéristiques mécaniques des alliages métalliques.

Ce résultat est dû à la modification de la structure métallique produite au cours du traitement :la mise en solution à haute température suivie d’une trempe et du revenu de durcissement provoque la formation de précipité qui renforce grandement la résistance mécanique de la pièce. On parle alors de durcissement dans la masse par précipitation. On observe, sur certains éléments, des résultats particulièrement probants : des pièces non traitées affichant une résistance mécanique de 600 MPa peuvent voir cette valeur monter jusqu’à 1 300 MPa après le traitement. 

Cependant, le recours à la trempe et au revenu sur un alliage de titane nécessite un très grand savoir-faire car, en cas de mauvaise manipulation, une couche fragilisante peut très vite se former à la surface de la pièce : l’alpha case. De ce fait, appliquer ce traitement à un alliage de titane implique soit de maîtriser parfaitement la technique, soit de procéder à une reprise d’usinage pour retirer cette phase fragilisante apparaissant à l’extrême surface de la pièce.

La nitruration comme traitement de surface du titane

Il reste possible d’appliquer des traitements superficiels, c’est-à-dire en surface, sur des éléments en titane. La nitruration consiste à diffuser de l’azote à la surface de la pièce, ce qui engendre la formation de nitrure de titane, un composé extrêmement dur. Une fois traité de cette manière, le matériau peut afficher une dureté dépassant les 1500 Vickers. Cette méthode contribue aussi à améliorer la résistance des pièces face à l’abrasion. À la suite d’une nitruration, une pièce de titane présente donc une meilleure dureté, une plus grande résistance à l’abrasion, mais aussi un meilleur coefficient de frottement. 
En revanche, dans ce contexte, la nitruration requiert une atmosphère chauffée à plus de 800 degrés Celsius et ne représente donc plus un traitement basse température, comme c’est le cas pour l’acier, par exemple, pour lequel la nitruration se déroule à seulement 500 degrés Celsius. Dans la plupart des cas, Thermi-Lyon privilégie le dépôt sous vide PVD, ou DLC,moins énergivore et tout aussi efficace.

Le traitement thermique à appliquer sur des pièces en titane dépend donc avant tout de leur composition, titane pur ou alliage. Plusieurs solutions peuvent alors convenir, en fonction des propriétés recherchées : recuit dans le premier cas, trempe et revenu dans l’autre, ou même nitruration pour améliorer la résistance des pièces à l’abrasion et augmenter leur dureté. Il paraît donc indispensable d’aborder cette problématique de manière spécifique et non généraliste, c’est pourquoi Thermi-Lyon propose toutes les solutions de traitement thermique possibles pour du titane. Cette approche globale garantit de rester impartial et de sélectionner la meilleure technologie.