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Perfectionnements au traitement thermique d'alliages titane-cuivre.
La présente invention se rapporte à un procédé de traite- ment thernique d'un alliage titane-cuivre.
Les alliages de titane contenant environ 2% de cuivre peuvent, par traitement en solution et vieillissement pendant une longie période de temps pouvant atteindre 1000 heures, être rendue suffisamment résistants et ductile!!) pour être utilisé sous la. tome de feuillard pour des applications où ils subissent des efforts à température élevés.
Une période de vieillissement courte n'est pas efficace pour produire les caractéristiques nécessaires et une pério de de vieillissement très longue n'est pas économique Cela étant, on aurait besoin d'un traitement thermique qui raccourcirait'de Manière significative la durée du vieillissement mais qui procure*
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rttit de$ caractéristiques au moins aussi bonne que celles que l'on peut obtenir actuellement avec un traitement comprenant une longue période de vieillissement.
Suivant la présente invention, un procédé de traitement
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theraique d'un alliage à base de titane comprenant 1, à 3,0p de cuivre, le reste étant du titane sauf les impuretés habituelles, est
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caractérisé en ce qu'on traite en solution l'alliage à une terapératu re comprise entre 780 et $100C pendant une période de temps comprise entre 10 et 60 minutes et on soumet l'alliage à la trempe, on le vieillit pendant une première période de temps comprise entre 10
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et 4 heures à une température comprise entre 350 et 450"C, et on le vieillit pendant une seconde période de temps comprise entre 1/2 et 10 heures à une température comprise entre 45u et 60o C,
la tempé- rature de la seconde période de vieillissement étant supérieure d'au moins 250C à la température de la première période de viellé- seiaent.
Les périodes de temps et les gammes de température préfé- rées pour réaliser les traitements de vieillissement sont: première
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période, 15 à 30 heures a 375-425 C, seconde période, 2 à 5 heures 4!15-525OCe L'alliage peut être refroidi à l'air après la première et la seconde périodes.
Afin d'obtenir une augmentation satisfaisante de la dureté, la seconde température de vieillissement doit être supérieur* à la
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première température de vieillissement, c'.est-à-dire qu'elle doit la dépasser il'au moins '25"C et, de préférence, ie plus de * 0*C*
Le traitement thermique suivant la présent invention produit des caractéristiques analogues à celles obtenues lorsqu'on alliage de titane et de 2 de cuivre est traité en solution et
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vieilli pendant une période tcnps très longue, et à Celles obtwnuet par tri tntent en solution, luiiinuize à froid usctu'à une réduction d'épaisseur de 10,,, et vieillisse' ent de 20 h 60 heur , ce der.,
iler procède n'étant applicable qu'a des tôles
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Les améliorations des caractéristiques de résistance à
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la traction et de dureté associées à une bonne ductilité et une bonne résistance au fluape ainsi qu'à des caractéristiques satis- faisantes de fatigue sont obtenues en soumettant l'alliage au trai-
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tentent en solution et au traitement de vieillissement double tels que décrits ici.
La teneur en impuretés interstitielles de l'alliage peut varier dans de larges limites sans perte de l'aptitude du durcisse- ment par vieillissement. En prenant la dureté de la matière de dé-
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part a base de titane comme mesure de la teneur en oxycène et en azote, on rr observé un durc1ssenent par vieillissement entre les Hittites 70 et 200 de l'échelle de dureté Vickers, la gai.e pré- j f6r('e étant 120 fui. 160 Dureté Vickers à la pyramide en uia " nt. i A la fin du traitement de vieillissement, 1er flltieres j peuvent être trempés dans l'eau ou refroidis à l'air, c'e$t-t...\t1re qu'on les laisse se refroidir à une allure naturelle dans l'air.
Le traitement thermique peut être réalisé dans l'air ou dans une atmosphère réglée.
Les résultats d'essnis montrant les effets des traitements! @
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de v1.ellis<Jelaent sur un alliage de titane et de 2,j. de cuivra trais te en solution pendant 30 minutes a 790 C sont repris dans le trttieaui I qui montre clairement qu'une réduction très surprenante des temps de traitement thermique peut être obtenue par un procède suivant la présente invention.
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Dans le tableau 1. la première 11 we indique la dureté Vickers de l'alliage après un seul traitement de vieillissement de 168 heures (une semaine) a 400 C et cet exemple est inclus à titre de comparaison, Le second exemple montre qu'un traitement de vieil-
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double a pour résultat une amélioration nette lu te, ;-18 de ;
traitement ther.1i que mais que la durée de 1 heure est 1nfuff1snnte pour que le premier traitement de vieillissement produise des Cll- ract:'ri :3tlques satisfaisantes. Le troisième exemple contre qu'il est nécessaire d'avoir un temps de vieillisse tent 5uffisR!Lilen.t ..011' .x la tt'lllp -rature la plus basse* iiprès un vieillisse tent de 9 heures à
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400*C, suivi par une seconde période de vieill1sseme!t a 500 ! on obtient seulement un accroisse ent modeste de la dureté Maximum.
Les autres exemples démontrent que des premières périodes de vieil..
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lissement plus longues réduisent le te'qps ue la seconde période de vleillisse...ent et tiuguentent aussi la .uret4 finnie de l'alliage.
Les uuret's optima sont obtenues ovec une ?TH!'flle de teneurs en cuivre relativement étroite, a savoir 1,8 à 3,û, 3'r,u;uacntr. tion la plus importante 4tent obtenue avec des teneurs eu cuivre comprises antre 2,0 et 2,4,,. Avec des teneurs en cuivre inférieures à le8, ou supérieures à 3,O,a, la réponse de ,1ul'clsscJ:h.mt. '1:h.lnue et, en outre, dans le dernier cits, le lataintt;.e ù froi ' i du Mutai est plus difficile. L'effet de la teneur en cuivre sur lu durtatd après vieillissement est inctiq1N dans le tableau II, suivant lequel les échantillons après traitement en solution sont vieillis pendant 16 heures à 400 C et ensuite pendant 3 heures a 5OUOC.
L'augmentation en pourcentage dans la dernière colonne du tableau II se rapporte à la différence de dureté entre l'alliage traité en solution et l'al- liage durci par vieillissement.
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L'influence des conditions de vieillissement sur la r,,onse de durcissement le tôles ayant une teneur en cuivre de 2,12;a est in- ,diquFae dans le tableau III.
L'effet de durcissement tend à diminuer légèrement vers les limites de la gamme et pour cette raison il est avantageux d'utili- ser les gammes préférées mentionnées plus haut.
Les allia ['es Ti-Cu traites suivant la présenta invention ont une bonne résistance à la traction et une bonne ductilité, à la
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température ambiante. A des températures modrment élevées, ces caractéristiques, bien qu'elles soient inférieures a celles de la température ambiante, sont encore satisfaisantes.
Le tableau IV
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indique les caractéristiques ae résistance à li, traction u ln tempé- rature f.ribiant et à des températures modérément j ev'es d'une tôle, d'un barreau et d'un produit extrade après le traitement de vieil- lisseinent en de4lx phases suivant l'invention, en mr.r'IA temps que
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des résultats cojipfirftits pour les mêmes matériaux qui ont reçu, dans un cas, un traitement en solution seuleuont et, dans l'autre cac' un traitement en solution'<et un vieillissement de lonfue durr,e sui- vont les techniques rntF:rieures.
La teneur en cuivre vhrie quelque peu pour les trois types de produits soumis aux essais et elle est
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de 2,05$ pour la tôle, C,2y pour le barreau et 2,2U; pour le pro- duit extrudé. '
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La réponse au vieillisse tent de la tôle 1 rlint4,e à froid est analogue a celle du barreau larain*5 n chaud mais celle de la pièce extradée à température élevée est inférieure. En général, la résistance des échantillons vieillis en deux phases est, à 1 tonne/ pouce carré près, analogue à celle des échantillons correspondants vieillis en une seule fois pendant une longue période de temps aussi bien à la température ambiante qu'a des températures élevées, .
On peut croire que l'amélioration par rapport aux trait*-
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ments thermiques connus Jusqu'à présent est produite pendant la pre- mière période de vieillissement par la formation de serves de préci- pitation repartis dans 18 totalité de l'alllape traité en solution, ce qui conduit à une précipitation rapide, fendant la première pério-
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de fe vieillissement, des zones de nucléation appropriées se forment et la précipitation aricr.iarxce et u la t0)hpér<r<tuye plus e:
7ere utili- tee dans 1 seconde période de vieillissement, le taux accru de dît- fusion des atomes de cuivre produit un taux accru de croissance du précipité.
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TAB.1rir.ilu i
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1 il' DU-RLT L D.P.N. v1±;il11 à 40QOÇ Vieilli à 5000C 1; AP,Jès traite.1ient 1 heure heures24 heures lé3 es Dureté aaxiu##Ts uour etc
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<tb> en <SEP> (Solution <SEP> D.P.N. <SEP> teindre <SEP> la <SEP> dureté.
<tb>
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Il j .####### ######### # # 1 E!&XJ=:T13¯¯¯¯¯¯¯¯¯ " 1 ' 1 214 - - 260 .214 215 oon 214 215.. 227 30 heures 214 Zo8 - - - 240 20 heures 21. - 235 - 245 4 heures 1 214 - 240 260 2 1/2 heures
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TABLEAU
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<tb> Teneur <SEP> en <SEP> cuivre <SEP> Traité <SEP> en <SEP> solution <SEP> Vieilli <SEP> Augmentadureté <SEP> DPN <SEP> dureté <SEP> DPN <SEP> tion <SEP> % <SEP>
<tb>
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1,50 202 240 19
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<tb> 1,80 <SEP> 205 <SEP> 252 <SEP> 23
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,0 <SEP> 205 <SEP> 251 <SEP> 23
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,2 <SEP> 208 <SEP> 256 <SEP> 24
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2,4 <SEP> 206 <SEP> 261 <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3,0 <SEP> 223 <SEP> 262 <SEP> 17
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3,
7 <SEP> 231 <SEP> 267 <SEP> 16
<tb>
TABLEAU III
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<tb> Premier <SEP> traitement <SEP> Température <SEP> du <SEP> se- <SEP> Dureté <SEP> maximum
<tb>
<tb> de <SEP> vieillissement <SEP> cond <SEP> traitement <SEP> de <SEP> DPN
<tb>
<tb> vieillissement
<tb>
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24 heures à 375*C 450*C 24'! 500"C 261 w 550-C z+6 24 heures à 400 C 4500C 264 5000C 262
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<tb> 550 C <SEP> 248
<tb>
<tb>
<tb> 24 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 425'C <SEP> 450 C <SEP> 269
<tb> 500 C <SEP> 258
<tb>
<tb> 550 C <SEP> 244
<tb>
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16 heures à 375 3 4500C 254
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<tb> 500 C <SEP> 257
<tb>
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16 heures à 4000C 4500C 2p5
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<tb> 500 C <SEP> 257
<tb>
<tb> 16 <SEP> heures <SEP> à <SEP> 425'C <SEP> 450 C <SEP> 249
<tb> 500 C <SEP> 254
<tb>
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TABLEAU IV.
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<tb>
Traitement <SEP> Produit
<tb>
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Tra1teent Produit Caractérist14ueS mCànlques de Titeillis- Caractéristiques m±cànlque3
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<tb> sèment
<tb>
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##-###-A tersture b1nte A 215C Dureté Charge en Rsistcnce Allonge- Charge en Résistance Allonge- 3 de rupture ment
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<tb> carré <SEP> provo- <SEP> la <SEP> trac- <SEP> carré <SEP> provo- <SEP> trac- <SEP> ment
<tb>
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quant 0.91,4 tien tonnes/ a ja trac- déforiiation pouce tonnes/ quant 0,1:;
de tion tonnes/ déroration pouce carré diforation ppLcp tonnes/ #####¯¯¯¯#....¯¯¯ perjiaente déformation pouae carré peranente pcr 1ent 163 heures feuillard 08 30,4 36,4 24 19,0 27..8 31 16B heures 31### à 400 25' 36,5 46..5 22 26..3 37,.9 28 24 heures ,3 4uO 3 heures 37,0 3 heures 254 37,0 46..9 21 2,Q 36,9 500 3619 Jiéent barreau 209 29,2 39,5 27 1887 30y5
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<tb> 368 <SEP> heures <SEP>
<tb>
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400 259 34,7 47..4 24 25..8 36..2 24 heures 3by 400 3 heures 251 34,6 45..1 2595 36es 25 à 500 25z' 34,6 25.5 Néant Produite- 206 - qo 3l 37...
Né.nt trudé 206 30,1 37,7 31 17,6 27,0 31 163 heures trud é 27,0 400 z53 32,14 4 ..7 28 2008 30,1 30 2.4 heures 20,8 30,7
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<tb> à <SEP> 400
<tb>
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heures ?2a -.1 heures 248 3108 4002 27 19,7 30..4 30 500 3ï,8 40,2 39,fi 34,4