Etude de la faisabilité et du transfert de technologie pour l'alliage Ti-6Al-4V renforcé par du monoborure de titane

Abstract

Discontinuously reinforced titanium alloys containing in-situ formed TiB needles are emerging as candidate materials for advance applications. This new family of titanium composites presents technical advantages, and it can be less expensive and easily amenable for net-shape manufacturing relative to titanium metal matrix composites developed to date. The production of a master compound by a novel and cost-effective process called Self-propagating High-temperature Synthesis (SHS) has been approached. This master compound could be subsequently used in an investment casting process to obtain TiB reinforced net-shape titanium matrix composites. The SHS technique and its features have been investigated in depth before defining and producing a suitable master compound. Cast samples obtained from the addition of the master compound have been produced and the most important issues concerning the processing, microstructure and mechanical properties highlighted. Finally the industrial viability of the process has been assessed and an estimation of the cost increment compared to the unreinforced titanium castings performed.

Le matériau composite à matrice de titane renforcée par des cristaux discontinus de monoborure de titane (TiB) constitue une classe nouvelle de matériaux destinés à des applications de haute technologie. Ces composites présentent des avantages car le procédé d'élaboration permet l'obtention de pièces de formes complexes à moindre coût par rapport aux composites à matrice titane renforcée par des filaments continus. Le procédé d'obtention de composites Ti/TiB nécessite deux étapes de fabrication: (1) au cours de la première étape un pré-composite de fraction volumique élevée en TiB est obtenu par un procédé d'autocombustion (SHS), (2) lors d'une seconde étape, ce composite est dilué dans l'alliage de titane liquide pour obtenir la fraction volumique désirée. Des composites de fraction volumique en TiB comprise entre 0 et 10% ont été élaborés puis caractérisés. La microstructure de la matrice est affinée et les performances mécaniques sont améliorées par la présence du TiB. Finalement, une étude technico-économique de ce procédé a été réalisée pour évaluer la viabilité industrielle du matériau et du procédé.