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CHAPITRE 6 – LE SOLIDE CRISTALLIN
sentent 80 % du marché mondial. La structure cristallographique de type cubique à
faces centrées est conservée, et on observe des propriétés physiques intéressantes
(forte ductibilité, forte ténacité, excellente soudabilité qui favorise ainsi la mise en
œuvre). La résistance à la corrosion des aciers inoxydables est expliquée par la formation d’un film passif à la surface de l’alliage. Il s’agit d’une couche solide isolante
qui se forme à la surface du solide au contact de l’eau ou du dioxygène de l’air et qui
rend la vitesse de corrosion ultérieure négligeable. Pour que le phénomène puisse
être constaté dans le cas de l’acier, il est nécessaire que l’alliage possède une teneur en chrome de l’ordre de 11 %. En effet, le film passif est la superposition d’une
couche d’oxyde mixte fer-chrome solide [FeCr] 2 O 3 et d’une couche d’hydroxyde solide [Cr(OH) 3 (s),nH 2 O](s). L’épaisseur de ce film passif est de l’ordre de 10 à 20 nm.
Les aciers inoxydables sont autopassivables : le film passif apparaît naturellement
au contact du dioxygène de l’air ou de l’eau. En cas d’endommagement accidentel
du film passif (rayure), il possède la propriété de pouvoir se reconstituer.
Alliages de titane
Structures des alliages de titane
Les alliages de titane ont une structure cristallographique de deux types, en fonction
de la nature des éléments d’addition au titane. Le titane pur est la siège d’une transition allotropique à 882 °C. Pour une température inférieure à 882 °C, le titane adopte
une structure hexagonale pseudo-compacte (pratiquement compacte) : il s’agit de la
phase α. Pour une température supérieure à 882 °C, le titane adopte une structure
cubique centrée : il s’agit de la phase β .
Les éléments additionnés sont dits α-gènes (respectivement β -gènes) quand ils stabilisent à température ambiante la forme α ou β du titane. Les éléments α-gènes
sont : Al, O, C et N, tandis que les éléments β -gènes sont : H, Mo (molybdène),
V (vanadium), Nb (niobium). . . Dans les alliages usuels, on rencontre des alliages
présentant exclusivement une forme de type α, exclusivement une forme de type β ,
mais aussi des alliages mixtes présentant des formes α et β . Les éléments d’addition influencent la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques.
À titre d’exemple nous présentons deux alliages courants du titane :
• TA5E (nom commercial) : titane additionné d’aluminium (5 % en masse) et étain
(2,5 % en masse) ;
• TV15CA (nom commercial) : titane additionné d’aluminium (3 % en masse), vanadium (15 % en masse), chrome (3 % en masse) et étain (3 % en masse).
Propriétés mécaniques
De façon générale les alliages de titane ont une masse volumique faible (60 % de la
masse volumique d’un acier) et présentent de très bonnes propriétés mécaniques
jusqu’à 600 °C. Le module d’YOUNG (qui évalue la capacité du matériau à se déformer de façon élastique suite à une contrainte mécanique) est proche de celui des
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sentent 80 % du marché mondial. La structure cristallographique de type cubique à
faces centrées est conservée, et on observe des propriétés physiques intéressantes
(forte ductibilité, forte ténacité, excellente soudabilité qui favorise ainsi la mise en
œuvre). La résistance à la corrosion des aciers inoxydables est expliquée par la formation d’un film passif à la surface de l’alliage. Il s’agit d’une couche solide isolante
qui se forme à la surface du solide au contact de l’eau ou du dioxygène de l’air et qui
rend la vitesse de corrosion ultérieure négligeable. Pour que le phénomène puisse
être constaté dans le cas de l’acier, il est nécessaire que l’alliage possède une teneur en chrome de l’ordre de 11 %. En effet, le film passif est la superposition d’une
couche d’oxyde mixte fer-chrome solide [FeCr] 2 O 3 et d’une couche d’hydroxyde solide [Cr(OH) 3 (s),nH 2 O](s). L’épaisseur de ce film passif est de l’ordre de 10 à 20 nm.
Les aciers inoxydables sont autopassivables : le film passif apparaît naturellement
au contact du dioxygène de l’air ou de l’eau. En cas d’endommagement accidentel
du film passif (rayure), il possède la propriété de pouvoir se reconstituer.
Alliages de titane
Structures des alliages de titane
Les alliages de titane ont une structure cristallographique de deux types, en fonction
de la nature des éléments d’addition au titane. Le titane pur est la siège d’une transition allotropique à 882 °C. Pour une température inférieure à 882 °C, le titane adopte
une structure hexagonale pseudo-compacte (pratiquement compacte) : il s’agit de la
phase α. Pour une température supérieure à 882 °C, le titane adopte une structure
cubique centrée : il s’agit de la phase β .
Les éléments additionnés sont dits α-gènes (respectivement β -gènes) quand ils stabilisent à température ambiante la forme α ou β du titane. Les éléments α-gènes
sont : Al, O, C et N, tandis que les éléments β -gènes sont : H, Mo (molybdène),
V (vanadium), Nb (niobium). . . Dans les alliages usuels, on rencontre des alliages
présentant exclusivement une forme de type α, exclusivement une forme de type β ,
mais aussi des alliages mixtes présentant des formes α et β . Les éléments d’addition influencent la résistance à la corrosion et les propriétés mécaniques.
À titre d’exemple nous présentons deux alliages courants du titane :
• TA5E (nom commercial) : titane additionné d’aluminium (5 % en masse) et étain
(2,5 % en masse) ;
• TV15CA (nom commercial) : titane additionné d’aluminium (3 % en masse), vanadium (15 % en masse), chrome (3 % en masse) et étain (3 % en masse).
Propriétés mécaniques
De façon générale les alliages de titane ont une masse volumique faible (60 % de la
masse volumique d’un acier) et présentent de très bonnes propriétés mécaniques
jusqu’à 600 °C. Le module d’YOUNG (qui évalue la capacité du matériau à se déformer de façon élastique suite à une contrainte mécanique) est proche de celui des
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