'ETAT DE LA TECHNIQUE : II est connu de réaliser des pièces en alliage à base de titane ou en alliage de titane à l'aide de moule de mise en forme à chaud, ou des outillages, réalisés avec divers types d'acier. Jusqu'à présent, au moins les parties des moules ou outillages en contact avec le titane et alliages de titane étaient réalisées en acier sélectionné pour éviter les réactions sensibles aux diffusions superficielles avec le titane et les alliages de titane.

Dans ce cadre, les aciers utilisés sont des aciers au carbone préparés par la Métallurgie des Poudres (MdP), des aciers inoxydables austénitiques pour éléments de moule récupérable (MdP), des aciers maraging, et des aciers réfractaires à haute teneur en nickel pour formage isotherme, éventuellement superplastique.

Cependant ces aciers ne permettent pas de limiter suffisamment les diffusions superficielles avec le titane et les alliages de titane.

Dans ces deux cas, il y a une diffusion particulièrement du fer avec formation éventuelle de zones intermétalliques, ce qui conduit à des dégradations des propriétés de surface. Des modifications superficielles de la microstructure sont également observées.

Pour corriger, il est nécessaire de faire appel à des opérations supplémentaires coûteuses telles que revêtement anti-diffusion, dissolution chimique de la surface des pièces.

D'autres catégories d'acier sont également utilisées pour la fabrication de moule en contact avec les alliages de titane. Ces aciers fortement alliés notamment en chrome et molybdène, mais sans nickel ne réagissent pas avec le titane. Cependant, ces alliages sont du type inoxydable, ce qui est différent de ceux que réalisent la présente invention.

BUTS DE L'INVENTION : La présente invention a pour but principal de résoudre le nouveau problème technique consistant en la sélection pour les surfaces en contact avec le titane et les alliages de titane, d'un acier non inoxydable capable d'éviter toute réaction sensible (mesurable) en diffusion superficielle d'un composant de cet acier, et en particulier du fer, avec le titane et les alliages de titane.

L'invention a encore pour but de résoudre ce problème technique selon une solution simple, peu coûteuse, utilisable à l'échelle industrielle permettant une mise en forme du titane ou d'un alliage en titane à l'état solide.

RESUME ET DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION : L'invention permet de résoudre pour la première fois ces nouveaux problèmes techniques énoncés ci-dessus, d'une manière simple, peu coûteuse, fiable et reproductible, utilisable à l'échelle industrielle.

Selon un premier aspect, la présente invention concerne l'utilisation d'un acier faiblement allié, sensiblement sans nickel, non inoxydable, pour la fabrication d'au moins la surface d'un article destiné à être mis en contact avec le titane ou un alliage de titane pour une mise en forme à l'état solide dudit titane ou alliage de titane par exemple soit pour la densification et/ou le formage de poudres de titane ou d'alliage de titane, soit pour le formage de titane massif ou d'un alliage massif de titane.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, ledit acier est utilisé pour la fabrication d'au moins la surface en contact d'un moule de mise en forme à chaud à l'état solide du titane ou d'un alliage de titane.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, ledit acier est utilisé pour la fabrication d'outillages pour la densification et/ou le formage de poudres de titane ou d'alliage de titane.

Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, ledit acier est utilisé pour la fabrication d'outillages pour le formage à l'état solide du titane massif ou d'un alliage massif de titane.

Avantageusement, le formage n'est pas limité au formage de pièces"finales", mais peut être également le formage d'ébauches par exemple, suivi éventuellement d'une autre opération, telle que le forgeage, le matriçage ou le laminage.

Avantageusement, on utilise un acier faiblement allié comprenant moins de 10% en poids d'éléments allants, en particulier, l'acier comprend, en pourcentage en poids : -nickel inférieur ou égal à 2,5%, de préférence inférieur ou égal à 0,5%, - chrome : compris entre 0,5 et 4%, de préférence, compris entre 0,8% et 2%,

- carbone inférieur ou égal à 1, de préférence inférieur ou égal à 0, 4% ; - solde le fer et les impuretés inévitables.

Selon un mode de réalisation avantageux, l'utilisation est caractérisée en ce que l'acier comprend de 0,1 à 4% en poids de molybdène, de préférence 0,1 à 2% en poids de molybdène, encore mieux de 0,15 à 1% en poids de molybdène.

Selon encore un autre mode de réalisation avantageux, l'utilisation selon l'invention est caractérisée en ce que l'acier comprend de 0,05 à 4% en poids de vanadium, de préférence de 0,05 à 2%, encore mieux de 0,1 à 1%, en poids de vanadium.

Selon encore un autre mode de réalisation avantageux de l'inventiont I'utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'acier est un acier de nuance 18CD4.

Selon encore un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, l'utilisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'acier est un acier de nuance 15CDV6.

Selon un deuxième aspect, la présente invention couvre également un procédé de fabrication d'au moins la surface d'un article destiné à être mis en contact avec le titane ou un alliage de titane pour une mise en forme à l'état solide dudit titane ou alliage de titane par exemple, soit pour la densification et/ou le formage de poudres de titane ou d'alliage de titane, soit pour le formage de titane massif ou d'un alliage massif de titane, caractérisé en ce qu'il comprend la fabrication de ladite surface avec un acier faiblement allié, sensiblement sans nickel, non- inoxydable, tel que défini précédemment et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire. Ceci permet en particulier d'éviter toute réaction sensible (mesurable) en diffusion superficielle d'un composant de cet

acier, et en particulier du fer, avec le titane et les alliages de titane à l'état solide. L'acier de la présente invention permet notamment d'éviter le collage et la diffusion dans le titane ou les alliages de titane des éléments constitutifs de l'acier de l'invention. La microstructure de surface n'est pas modifiée, contrairement à ce que l'on observe pour les aciers de l'art antérieur. L'acier de la présente invention permet avantageusement d'obtenir aucune contamination mesurable du titane ou de l'alliage à base de titane à l'état solide par les éléments de l'article de l'invention.

Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le procédé de fabrication comprend la fabrication d'au moins la surface en contact d'un moule de mise en forme à chaud à l'état solide du titane ou d'un alliage de titane.

Selon un second mode de réalisation de l'invention, le procédé de fabrication comprend la fabrication d'outillages pour la densification et/ou le formage de poudres de titane ou d'alliage de titane.

Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, le procédé de fabrication comprend la fabrication d'outillages pour le formage à l'état solide du titane massif ou d'un alliage massif de titane.

Selon un mode de réalisation particulier de ces deux aspects, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que le moulage à chaud est réalisé à une température au moins égale à 500 °C et inférieure à 1000°C, de préférence inférieure à environ 980°C.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé est caractérisé en ce qu'on réalise le moulage de pièces en titane de nuance TA6V.

Selon encore un autre mode de réalisation particulier, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fabrique des rouets de pompe en alliage à base de titane, en particulier en alliage de nuance

TA6V, à l'aide d'outillage réalisé en ledit acier faiblement allié réalisé par tournage ou fraisage.

Selon un quatrième aspect, la présente invention couvre encore des articles comprenant une surface en contact destinée à être mise en contact avec le titane ou un alliage de titane pour une mise en forme à l'état solide du titane ou alliage de titane ; par exemple, soit pour la densification et/ou le formage de poudres de titane ou d'alliage de titane, soit pour le formage de titane massif ou d'un alliage massif de titane, caractérisé en ce qu'au moins ladite surface en contact de l'article est réalisée avec un acier faiblement allié, sensiblement sans nickel, non- inoxydable, notamment tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire, ou tel qu'obtenu par le procédé tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire.

Selon un cinquième aspect, la présente invention couvre encore des outillages pour la densification et/ou le formage de poudre de titane ou d'alliage de titane, caractérisé en ce qu'au moins la surface de l'outillage destinée à être mise en contact avec le titane ou l'alliage de titane à l'état solide, est réalisée en un acier faiblement allié, non- inoxydable, tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire, ou tel qu'obtenu par le procédé tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire.

Selon un sixième aspect, la présente invention couvre encore des outillages pour le formage à l'état solide de titane massif ou d'alliage

massif de titane, caractérisé en ce qu'au moins la surface de l'outillage destinée à être mise en contact avec le titane ou l'alliage de titane à l'état solide, est réalisée en un acier faiblement allié, non-inoxydable, tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire, où tel qu'obtenu par le procédé tel que précédemment défini et dans) a description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire.

Selon un septième aspect, la présente invention couvre encore des moules de mise en forme à chaud à l'état solide du titane ou d'un alliage de titane, par exemple soit pour la densification et/ou le formage de poudres de titane ou d'alliage de titane, soit pour le formage de titane, massif ou d'un alliage massif de titane, caractérisé en ce qu'au moins la surface du moule destinée à être mise en contact avec le titane ou l'alliage de titane, à l'état solide est réalisée en un acier faiblement allié, non- inoxydable, tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire, ou tel qu'obtenu par le procédé tel que précédemment défini et dans la description suivante, incluant les exemples qui font partie intégrante de l'invention, sauf indication contraire.

Avantageusement, l'invention concerne des outillages de maintien en traitement thermique.

Selon un mode de réalisation particulier, cet acier a une teneur en chrome comprise entre 0,5 et 4% en poids, avec une teneur en nickel inférieure à 2, 5% en poids et une teneur en carbone inférieure à 1% en poids.

L'acier dans l'utilisation de la présente invention peut être mis en oeuvre par forgeage, laminage, suivi d'un usinage ou d'une rectification ou d'un acier moulé.

De préférence, cet acier est à l'état recuit pour améliorer la reproductibilité dimensionnelle.

D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront clairement à un Homme de l'Art à la lumière de la description de l'utilisation faite en référence à plusieurs exemples actuellement préférés de l'invention donnés simplement à titre d'illustration et qui ne sauraient donc en aucune façon limiter la portée de l'invention. Dans les exemples, les pourcentages sont donnés en poids et les températures en degré Celsius ou il s'agit de la température ambiante, la pression est la pression atmosphérique, et l'atmosphère est l'air, sauf indication contraire.

EXEMPLES : Exemples 1 à 7 : ACIERS TESTES DE INVENTION ET COMPARATIFS Les aciers doux et peu alliés suivants respectivement de l'invention (EX 1, EX 2A et EX 2B) et de l'art antérieur (EX 3A, EX 3B, EX 4 et EX 5), disponibles dans le commerce (en particulier la nuance 15CDV6, est disponible auprès de la Société THYSSEN FRANCE SA MANUFACTURERS, la nuance 18 CD4 auprès de la Société ASCOMETAL, la nuance 100HLES auprès de la Société TECPHY FIRMINY), seront soumis aux tests de t'exempte 8, et présentent les analyses chimiques suivantes, en pourcentage en poids, rapportées au tableau I, le solde étant le fer et les impuretés inévitables.

Tableau 1 - Analyse élémentaire desaciers (% pondéral) EXEMPLE Nuanc e lot C Mn Si S P Ni Cr Mo V e EX 1 = 18CD4 A4791 0,18 0,764 0,255 0,027 0,012 0,203 1,079 0,23 0,001 INVI1 EX2A 15CDV6 78384 0,16 0,97 0,13 0,002 0,007 N.A. 1,41 0,9 0,22 =INV I2A EX 2B 15CDV6 1470 0,16 0,91 0,15 0,001 0,012 N.A. 1,4 0,89 0,25 =INV I2B EX3A= ART ANT XC18 23729 0,2 0,61 0,27 0,028 0,014 0,01 0,03 0,002 N.A. A3A EX3B= ART ANT XC18 69181 0,174 0,69 0,22 0,028 0,012 0,13 0,18 0,03 0,003 A3B EX 4= ART XES 25003 0,12 0,64 0,23 0,03 0,013 N.A 0,07 N.A. N.A. ANT A4 EX5= ART 100HLE R2417 0,105 0,29 0,29 0,001 0,006 6,8 0,2 0,52 0,085 ANT A5 S N.A. = impuretés présentes en trés faibles quantités, pour lesquelles les données les données chiffrées ne sont pas disponibles,

EXEMPLE 8-ESSAIS SUR ÉPROUVETTES A PARTIR DES ACIERS DES EXEMPLES 1 A 7 LISTES AU TABLEAU I A Essai sur éprouvettes A. 1 Eprouvettes usinées par fraisage Des éprouvettes ont été fabriquées à partir d'un conteneur cylindrique de 50 mm environ de diamètre et 70 mm environ de hauteur.

Les conteneurs ont été remplis de poudre de TA6V standard et au sein de la poudre des inserts parallélépipédiques obtenus par fraisage de 20*10*10 mm ont été placés réalisés en des aciers doux de nuances XES, XC18 (lot 23729), 18CD4 (lot A4791), 15CDV6 (lot 78384) et 100HLES (lot R2417).

Les caractéristiques des matériaux sont données respectivement au tableau I pour les inserts d'acier, et au tableau II pour la poudre en alliage de Titane de TA6V standard.

Les conteneurs ont été densifiés par compression isostatique à chaud avec un palier de 4h à 920°C et 10OMPa. L'acier a été éliminé par dissolution dans l'acide nitrique. Après densification les investigations suivantes ont été réalisées : sur section micrographique : examen micrographique et détermination des profils de diffusion aux interfaces TA6V-acier à la sonde EDAX au microscope à balayage.

Après dissolution des inserts en acier dans de l'acide nitrique : détermination du profil de diffusion dans le TA6V, examen au microscope à balayage de la géométrie de la surface et mesure de la rugosité.

Tableau II-Caractéristiques des poudres de TA6V Analyse élémentaire (% pondéral) Transu TA6V lot AI C Fe N 02 V H2 s béta standard K0122 6, 19 0, 02 0, 17 <0, 01 0, 016 3,99 0, 004 992°C ELI K0114 6,21 0,008 0,0969 0,0062 0,01447 3,91 0,006 989°C Production pulvérisation d'électrode tournante tamisage : 315 Eum Les résultats des examens sont les suivants : 1. insert en XES (art antérieur A4) couche intermétallique continue de 5 um environ.

Diffusion de Fe dans le TA6V sur 0,3mm environ 'rugosité : Ra = 15um indentation importante des grains de poudre dans l'acier modification superficielle de la microstructure 2. insert en XC18 (art antérieur A3A et A3B) couche intermétallique continue de 5 um environ.

Diffusion de Fe dans le TA6V sur 0,3mm environ rugosité : Ra = 9 à 12 µm indentation importante des grains de poudre dans l'acier 3. insert en 18CD4 (invention Il) absence de couche intermétallique. Aucune diffusion d'élément de l'acier dans le TA6V rugosité Ra = 5 um indentation limitée de la poudre dans l'acier avec formation de pointes de diamant aux points triples. pas de modification superficielle de microstructure 4. insert en 15CDV6 (invention I2A et I2B) absence de couche intermétallique. Aucune diffusion d'élément de l acier dans le TA6V rugosité : Ra = 3 à 4 µm indentation faible de la poudre dans l'acier sans formation de pointes de diamant aux points triples. pas de modification superficielle de microstructure 5. insert en 100HLES (art antérieur A5) Couche intermétallique irrégulière de 0 à 20 um suivant les endroits. Diffusion de Fe dans le TA6V jusqu'à 0,3 mm.

@ Rugosité : Ra = 2 à 3 um Indentation faible de la poudre dans l'acier.

A. 2 Inserts réalisés par d'autres techniques que l'usinage à l'outil (tournage ou fraisage) L'influence du mode d'obtention des inserts en acier a été étudiée pour les combinaisons suivantes : TA6V standard-18CD4 (lot A4791) usiné par découpe au jet d'eau TA6V standard-25CD4 moulé en cire perdue TA6V ELI-15CDV6 (lot 1470) usiné par électro-érosion (découpe fil).

La densification a été effectuée par Compression Isostatique à Chaud, dite CIC, (920°C, 100 MPa, 4h).

Les interfaces acier-TA ont fait l'objet d'un examen micrographique pour mettre en évidence une diffusion éventuelle entre les deux matériaux. Aucune diffusion n'a été détectée pour les deux premières combinaisons. Par contre, une diffusion par endroits a été mise en évidence sur la combinaison TA6V ELI-15CDV6 usiné en électroérosion.

B Essais sur pièces Bl. Procédé ISOPREN@ : Le procédé ISOPREC permet d'obtenir des pièces de forme à bonne précision dimensionnelle dont une partie au moins des surfaces est réalisée sans opération d'usinage de finition. La pièce est réalisée par densification par CIC (Compression Isostatique à Chaud) de poudres préalliées inoxydables dans un moule en acier non inoxydable comportant une cavité dont les dimensions sont calculées pour obtenir la géométrie finale souhaitée. Le moule ou outillage est éliminé par usinage et dissolution dans l'acide nitrique.

Des rouets de pompe ont été produits suivant le procédé artir de TA6V et d'outillages en acier réalisés par tournage et fraisage. Les combinaisons suivantes ont été réalisées : TA6V standard-XC18 lot 69181 TA6V standard-18CD4 lot A4791 (invention II) TA6V ELI-18CD4 lot M791 (inventiorx TA6V ELI-15CDV6 lot 78384 (invention I2A) TA6V ELI-15CDV6 lot 1470 (invention I2B) Il est rappelé que les caractéristiques des matériaux utilisés sont données dans les tableaux I et II.

Après densification par CIC (920°C, 100 MPa, 4h) et élimination de l'outillage en acier par dissolution dans l'acide nitrique, les surfaces ont été caractérisées en rugosité et contamination par le fer (limite de détection 0, 25 %).

Les résultats obtenus sur éprouvette ont été pleinement confirmés. On peut juste noter une dispersion un peu plus grande des rugosités en raison d'une ségrégation granulométrique des poudres lors du remplissage des conteneurs.

B2. Fabrication d'une demi-sphère par un outillage de maintien pour traitement thermique : Ce procédé concerne le maintien d'une demi-sphère en TA6V standard de diamètre 550 mm, ayant pour épaisseur 5 mm.

Cette demi-sphère est portée une heure à environ à 870°C sous vide, maintenue par un outillage ayant en creux la même géométrie réalisé en 18CD4.

Après ce traitement, les résultats obtenus montrent qu'il y a une absence de déformation et de contamination superficielle par le fer.

Ceci confirme bien que cet acier peut être utilisé pour réaliser un outillage de maintien pour traitement thermique, afin de supprimer les réactions de diffusion, par le fer en particulier.

B3. Procédé de fabrication d'une ébauche par densification de poudre puis forgeage : Il a été réalisé la fabrication d'une ébauche par densification de poudre puis forgeage de cette ébauche.

Cette ébauche a été fabriquée par densification par compression isostatique à chaud (CIC) d'un conteneur cylindrique suivant la figure 1, (par exemple à 920°C ; 100 Mpa, pendant 4 heures).

Le conteneur cylindrique (1) comprend un noyau central (10), un conteneur extérieur (20), ainsi que des éléments (40, 41) permettant de fermer hermétiquement les extrémités.

Ce conteneur cylindrique (1) présente un creux (30) permettant de recueillir un matériau de remplissage, telle qu'une poudre (50), par exemple. L'épaisseur du conteneur extérieur (20) était de 3 mm.

Il a été réalisé, à titre d'illustration à partir de ce conteneur cylindrique (1), après CIC, un cylindre ayant pour diamètre extérieur 50 mm, pour diamètre intérieur 30 mm, et pour longueur 200 mm.

Le noyau central était en 18CD4 et le conteneur extérieur en XC18.

Ce conteneur a été rempli par de la poudre de TA6V standard. Le cylindre obtenu a été écroûté à un diamètre de 45 mm de manière à éliminer le conteneur en XC18 et la zone de diffusion créée lors de la densification.

L'ébauche ainsi obtenu a été forgée à environ 900-920°C par écrasement du diamètre entre les plats jusqu'à une hauteur de 35 mm. Le noyau central en 18CD4 a été éliminé par dissolution dans l'acide nitrique.

Les résultats ont montré que la section présentait : - une déformation régulière matériaux ; - une absence totale de diffusion à la surface du cylindre en TA6V préalablement en contact avec le noyau en 18CD4.

Ceci permet également de confirmer l'utilisation du 18CD4 pour la fabrication d'outillages ou moules destinés à être en contact de TA6V pour éliminer les réactions de diffusion.

L'invention comprend tous les moyens techniques constituant des équivalents techniques des moyens décrits dans la description prise dans son ensemble. En outre, toute caractéristique qui apparaît nouvelle par rapport à un état de la technique quelconque fait partie intégrante de l'invention et est revendiquée en tant que telle et dans sa généralité ou sa fonction.