Développement des nouveaux alliages de titane tolérants à l'endommagement

par Chloé Varenne

Projet de thèse en Sciences et génie des matériaux

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique , en partenariat avec Centre des Matériaux (laboratoire) , MAT-Microstructure, Mécanique, Expérimentation - MIMEX (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Ce projet repose sur le développement d'une nouvelle famille d'alliages de titane présentant une combinaison de propriétés mécaniques inédite alliant une très grande ductilité à rupture (autour de 40%) à un écrouissage exceptionnellement élevé (Rm/Re > 2) qui leur confère une déformabilité comparable à celle des aciers inoxydables austénitiques, pour une densité de 40% inférieure. En termes de microstructure, ces alliages sont transformables par déformation c'est à dire qu'ils présentent à la fois des effets TRIP (Transformation Induced Plasticity) et TWIP (Twinning Induced Plasticity). La combinaison de ces deux phénomènes leur confère une stabilité exceptionnelle vis-à- vis de la localisation de la déformation. Les alliages de titane TRIP/TWIP figurent parmi les matériaux les plus avancés et prometteurs, pour ce qui est des propriétés spécifiques, parmi les matériaux de structure. Cela permet d'ouvrir l'applicabilité des alliages de titane à de nouveaux cahiers des charges en permettant notamment de répondre à la forte demande industrielle sur le gain de masse des pièces. Un large domaine d'applications potentielles leur est donc ouvert, en particulier dans le domaine du transport. Contrairement à la vaste famille des alliages de titane, ces nouveaux alliages possèdent en outre une très grande résistance à l'endommagement. Les premiers résultats montrent une résilience Charpy de 194 J/cm 2 et une ténacité, mesurée sur éprouvettes CT, de 145 MPa.m 1/2 ce qui est très supérieur à la résistance à l'endommagement des alliages de titane les plus tenaces (100 MPa.m 1/2 au maximum pour l'alliage de référence Ti6Al4V, par exemple) Les différentes preuves de concept ont été récemment établies [1,2] et ces alliages ont été brevetés pour des utilisations dans les applications aéronautiques [3] dans le cadre d'une collaboration avec TIMET et SAFRAN.

  • Titre traduit

    Development of new damage-tolerant titanium alloys


  • Résumé

    This project addresses the development of a new family of titanium alloys that exhibits an unusual combination of mechanical properties, namely, a high fracture elongation (around 40%) together with an exceptional strain hardening ability (TS/YS > 2). The resulting forming ability is comparable to that of austenitic stainless steels and it comes with a 40% lower density. From a microstructural point of view, these alloys may undergo phase transformations upon strain, i.e., transformation-induced plasticity (TRIP) effects as well as twinning-induced plasticity (TWIP). Combining these two phenomena confer these alloys an exceptional stability against strain localization. TRIP/TWIP titanium alloys are amongst most advanced and promising structural materials as far as mechanical properties are concerned. This enables opening potential applications of titanium alloys to new kinds of requirements, in order to address the high industrial demand in lightweight components. A wide range of potential applications, in particular for transportation, could be made possible. In contrast to the wide family of titanium alloys, these new alloys additionally possess a high damage resistance. Preliminary results show a Charpy impact toughness of 194 J.cm -2 and fracture toughness (CT specimens) of 145 MPa.m 1/2 , much higher than that of the toughest titanium alloys (e.g., no more than 100 MPa.m 1/2 for the reference Ti-6Al- 4V alloy). The first stages of design have been successfully achieved [1,2] and these alloys have been patented for aircraft applications [3] in collaboration with TIMET and SAFRAN companies.