La précipitation à la solidification du monoborure de titane dans l'alliage de titane (Ti-6Al-4V) peut-elle modifier sa microstructure et son comportement mécanique ?

Cette étude concerne la précipitation "in-situ" de cristaux de monoborure de titane (TiB) au sein d'une matrice de titane ou d'un alliage pour une application aéronautique. Dans un premier temps, nous avons étudié la précipitation de TiB à partir de titane et d'alliage de titane (Ti-6Al-4V) ainsi que sa morphologie dans diverses conditions (phase solide, liquide et gaz). Il ressort que le procédé de fonderie associé au moulage en cire perdue semble être une méthode prometteuse pour l'amélioration de la résistance mécanique du titane associé au TiB. La fonderie du titane est un procédé associé (i) à des microstructures grossières et variables d'un point à l'autre, (ii) à une pollution superficielle des pièces et (iii) aux problèmes de fusion du titane (température de fusion élevée, forte réactivité vis à vis de l'atmosphère et du moule). Nous avons pu constater que l'incorporation du bore ne pose pas de problème particulier et la présence du TiB est bénéfique sur la microstructure car il diminue la taille des grains de phase alpha. L'étude du comportement mécanique en traction permet de mettre en évidence un gain de résistance. Pour une matrice de titane non allié, la résistance à la rupture et la limite d'élasticité sont doublées avec seulement 3% en volume TiB. Pour l'alliage de Ti-6Al-4V, le renforcement est moins spectaculaire que pour le titane mais demeure toutefois très intéressant et le meilleur matériau est obtenu pour 0,5% en volume de TiB. Les faciès de rupture laissent apparaître des cristaux de TiB clivés selon leur longueur. Le clivage des cristaux de TiB est à l'origine de l'initiation des fissures au sein du matériaux.This work concerns the precipitation of titanium monoboride (TiB) during solidification of titanium in order to increase its mechanicals properties. We have studies the TiB precipitation from Titanium and Ti-6Al-4V alloy. It was pointed out that the foundry, coupled with lost wax investment moulding, seems to be a promissing method to obtain a good improvement of mechanical properties of titanium alloys. Titanium foundry its generally associated with (i) coarse and heterogeneous microstructure (ii) oxygen contamination of the external layer of the piece and (iii) the problems linked to the melting of titanium (high melting point of titanium, high reactivity of titanium in a molten state). It has been showed that the boron incorporation does not need specific requirements ; moreover the effect of TiB is benefit for the titanium microstructure. TiB leads to a strong refinement of the titanium grain size. This refinement generally causes an increase of the mechanical properties. For Ti matrix, the UTS and YS are increased by a factor 2 with 3%Vo of TiB. In the case of Ti-6Al-4V matrix, the reinforcement effect is less important but it is still interesting and the best material is obtained with 0,5%Vo of TiB. The fracture surfaces show crystal of TiB cleaved along the b-axis. The cleavage of TiB crystals is at the origin of cracks appearance in the material