Pliage en V du Ti-6Al-4V assisté par courant pulsé

Le Ti-6Al-4V présente une faible formabilité à température ambiante et un rapport élevé entre la limite d'élasticité et le module d'élasticité. Ce rapport entraînant une augmentation du retour élastique, l'angle de retour élastique est important et les dimensions finales sont difficiles à contrôler. Afin d’améliorer les performances de pliage en V, cette étude examine comment les paramètres du courant pulsé, notamment la tension d’alimentation et la fréquence d’impulsion, influencent la qualité des pièces, la charge de formage et le retour élastique. Elle identifie des paramètres de procédé utiles et explique les mécanismes microscopiques du pliage électroplastique.

Effet de la densité de courant sur le pliage en V du Ti-6Al-4V

Effet de la densité de courant sur l’effort de pliage

Les essais de cintrage en V électroplastique ont été réalisés sur une machine d’essai de traction SANS. Les matrices de cintrage supérieure et inférieure de la machine étaient isolées par de la bakélite, et des électrodes appliquaient un courant pulsé à l’éprouvette à travers les matrices. Chaque éprouvette rectangulaire mesurait 50 mm × 30 mm. La vitesse de la traverse était de 10,5 mm/min, le rayon de cintrage était de 1 mm, l'angle de cintrage était de 90°, et le même déplacement a été appliqué à chaque éprouvette. Différentes tensions d'alimentation et fréquences d'impulsion ont été utilisées afin d'évaluer leurs effets sur le retour élastique et la force de formage.

À une fréquence d'impulsion de 200 Hz, la courbe force-déplacement comporte trois phases. Tout d'abord, la force de formage augmente avec la déformation pendant la phase de flexion élastique. Ensuite, le déplacement continue d'augmenter tandis que la force varie peu, ce qui donne lieu à une phase de déformation stable. Enfin, lorsque la pièce entre en contact avec la matrice inférieure, la force augmente brusquement pendant la phase de maintien et continue d’augmenter jusqu’à la fin de la flexion. Par rapport à la flexion à température ambiante, le courant pulsé raccourcit la phase élastique et réduit considérablement la force exercée pendant la phase stable. L’augmentation de la densité de courant effective raccourcit encore davantage la phase élastique et entraîne une réduction plus importante de la force. À 38,67 A/mm², la force en régime stable était de 568 N, soit 49,01% de moins que les 1 114 N requis à température ambiante. Cette réduction permet de diminuer la consommation d'énergie et les coûts de production.

Influence de la densité de courant sur la qualité du formage

À température ambiante, l'éprouvette en Ti-6Al-4V a subi une rupture importante au niveau de la zone de courbure en V, présentant des fissures longues et profondes ainsi qu'une mauvaise qualité de surface. Avec une densité de courant effective pulsée de 14,00 A/mm², la surface pliée était lisse et ne présentait aucune fissure. Le courant pulsé augmente l'allongement et réduit la limite d'élasticité, ce qui contribue à prévenir la formation de fissures et à améliorer la qualité du formage.

Qualité de formage d'éprouvettes électroplastiques à courbure en V à différentes densités de courant effectives :

Lors du pliage, le courant pulsé réduit à la fois la limite d'élasticité et l'écrouissage du Ti-6Al-4V. Une limite d'élasticité plus faible et un écrouissage moindre réduisent le retour élastique. Le courant améliore donc les performances de déformation et diminue l'angle de retour élastique. À mesure que la densité de courant effective augmente, la limite d'élasticité et l'écrouissage continuent de diminuer, de sorte que le retour élastique s'atténue progressivement.

Effet de la fréquence des impulsions sur le pliage en V du Ti-6Al-4V

Des essais réalisés à différentes fréquences montrent que la force de formage en régime stable diminue à mesure que la fréquence d'impulsion augmente, que la tension d'alimentation soit de 80 ou de 100 V. Une fréquence d'impulsion plus élevée réduit donc la charge nécessaire au cintrage. À une tension d'alimentation donnée, la densité de courant de crête reste la même, mais la densité de courant effective augmente avec la fréquence, ce qui rend l'effet électroplastique plus prononcé.

L'amélioration des performances d'allongement et de flexion du Ti-6Al-4V sous courant pulsé résulte principalement de l'échauffement par effet Joule et de l'effet électroplastique intrinsèque. Cet effet intrinsèque est lié à la force exercée par les électrons en dérive sur les dislocations, souvent appelée « force du vent électronique », qui réduit la force motrice nécessaire au mouvement des dislocations. La force exercée par les électrons en dérive étant proportionnelle à la densité de courant, une densité de courant effective plus élevée renforce l’effet électroplastique intrinsèque. Elle augmente également la température et l’effet Joule. Le matériau se ramollit par conséquent, les dislocations s’entremêlent et leur densité diminue, l’allongement augmente, tandis que la contrainte et la limite d’élasticité diminuent. Le courant pulsé améliore donc la qualité de l’éprouvette tout en réduisant le retour élastique et la force de formage, les améliorations étant d’autant plus importantes que la densité de courant effective est élevée.