Comment contrôler les paramètres de formage à chaud des tôles de titane

Les alliages de titane sont difficiles à former à température ambiante en raison de leur limite d'élasticité élevée σ_0.2, un rapport élevé entre la limite d'élasticité et la résistance à la traction, un faible module d'élasticité E et un faible rapport E/σ_0.2 rapport. La tôle nécessite donc une force de formage élevée, se fissure facilement et présente un retour élastique important. Au-delà d'environ 500 °C, la ductilité et l'allongement s'améliorent considérablement. Le formage à chaud est donc utilisé pour les revêtements d'aéronefs, les châssis thermiques, les carénages, les panneaux d'accès et les pièces réalisées par pliage, bordage ou emboutissage profond.

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Principe du formage à chaud

Le formage à chaud exploite la grande ductilité et la faible résistance à la déformation du titane chauffé pour repousser les limites de formage, réduire le retour élastique et améliorer la précision. Ce procédé combine le pressage isotherme à chaud avec le fluage et la relaxation des contraintes :

1. Préchauffez les matrices et chauffez la pièce brute de manière homogène jusqu'à la température de formage spécifiée, puis placez-la sur la matrice.
2. Fermez les matrices à la vitesse indiquée pour former la pièce.
3. Maintenez les matrices fermées sous une pression et à une température constantes. Le fluage et la relaxation des contraintes à haute température transforment la déformation élastique en déformation plastique et réduisent les contraintes résiduelles.
4. Une fois le temps de maintien indiqué écoulé, desserrez le dispositif de serrage, retirez la pièce et laissez-la refroidir à l'air.

Pressage à chaud isotherme

Le poinçon, la matrice et la tôle sont portés à la même température avant le formage. Le comportement réel contrainte-déformation montre que la contrainte diminue lorsque la température augmente et que la vitesse de déformation diminue. Le formage à chaud du titane doit donc être réalisé à une température élevée et à une vitesse de déformation relativement faible.

Relaxation des contraintes

Après l'emboutissage, maintenez les matrices immobiles à pression et température constantes. La tôle se détend, la déformation élastique se transforme en déformation plastique, les contraintes résiduelles diminuent et l'adhérence à la matrice s'améliore. À température élevée, un temps de relaxation plus long permet de réduire les contraintes internes jusqu'à ce qu'elles atteignent une valeur stable.

Paramètres du procédé

La température et la vitesse de formage, la pression de fermeture et le temps de maintien déterminent la qualité de la pièce. La température réduit la résistance à la déformation et améliore la ductilité. La pression compense la résistance au formage. Le temps permet le fluage et la relaxation des contraintes.

Température de formage

Choisissez la température en fonction du comportement du matériau en fonction de la température, en tenant compte de l'oxydation, de l'absorption d'hydrogène et d'autres effets indésirables. Certains alliages de titane perdent leur ductilité entre 300 et 500 °C et ne retrouvent cette ductilité qu'aux alentours de 500 °C. Entre 800 et 850 °C, l’oxydation, l’absorption d’hydrogène, la croissance des grains et les modifications microstructurales deviennent importantes.

Les plages de température de formage représentatives pour les alliages recuits sont les suivantes :

La vitesse de formage détermine la vitesse de déformation. Son influence sur la ductilité est faible à basse température, mais elle devient de plus en plus importante à des températures moyennes et élevées. Les cycles très longs entraînent un épaississement de la couche superficielle contaminée ; ainsi, chaque température correspond à une durée maximale de formage pratique et la vitesse de déformation ne doit pas être trop faible.

Pression de fermeture et temps de maintien

Une pression de fermeture plus élevée permet d'éliminer les plis, mais n'a que peu d'effet sur le retour élastique après le relâchement. Utilisez la pression la plus faible possible à la température choisie afin d'éviter toute déformation de l'outil et toute sollicitation inutile de l'équipement.

Le maintien des matrices fermées à température et pression constantes permet la relaxation des contraintes, diminue les contraintes résiduelles et réduit le retour élastique. Un temps de maintien plus long réduit généralement les contraintes résiduelles, et la relaxation est plus importante à des températures plus élevées. Une température ou une durée excessive augmente toutefois l’oxydation et réduit la productivité. Les durées de maintien typiques pour les pièces en Ti-2Al-1,5Mn, Ti-4Al-1,5Mn et Ti-6Al-4V sont comprises entre 8 et 20 minutes.