Méthode pour réduire l'endommagement lors d'une déformation superplastique

Abstract

 L'invention concerne une méthode permettant de réduire l'endommagement lors d'une déformation superplastique.
Cette méthode consiste, à une température donnée et dans des conditions microstructurales et de vitesse de déformation entraînant le comportement superplastique de l'alliage considéré, à appliquer des déformations partielles successives (ε >0) pendant un temps (t) séparées par des périodes de repos (ε =0) pendant un temps (t′). Les valeurs de t et t′ sont comprises entre 0,5 et 10 min et de préférence entre 1 et 3 min.
Cette méthode permet d'obtenir de bonnes caractéristiques mécaniques de traction ou de fatigue, sans recourir à l'utilisation d'une pression isostatique surimposée.

Description

[0001] L'invention concerne une méthode permettant de réduire l'endommagement lors d'une déformation superplastique de métaux ou d'alliages métalliques.

[0002] On sait que la déformation superplastique se manifeste pour certains métaux ou alliages par des allongements à la rupture en traction continue, supérieurs à 100% dans des conditions particulières de température, de microstructure et de vitesse de déformation.

[0003] La superplasticité est généralement caractérisée par le paramètre de sensibilité à la vitesse de déformation

formule dans laquelle
σ est la contrainte appliquée et
ε̇ est la vitesse de déformation rationnelle
soit

, ε étant la déformation rationnelle
on admet que le matériau est superplastique lorsque m ≳ 0,3

[0004] Cependant la capacité d'allongement maximum est limitée par l'apparition et la coalescence de décohésions intergranulaires, qui conduisent à une rupture prématurée lors de cette déformation; cette cavitation est aussi préjudiciable aux caractéristiques de traction et surtout à la tenue en fatigue comme cela est rapporté par exemple dans "M.W. MAHONEY et C.W. HAMILTON Superplatic Aluminium evaluation, Final Report AFWAL-­TR 81-3051. Janvier 1981".

[0005] Les moyens connus pour éviter ou du moins retarder l'apparition de cette cavitation consiste à superposer aux efforts de formage une pression isostatique (voir par exemple C.C. BAMPTON et R. RAJ, Acta Metallurgica, Vol. 30, 1982, p. 2043). Cette pression isostatique doit être équivalente à la moitié ou au tiers de la contrainte d'écoulement du matériau et se situe en général au voisinage de 3 MPa.

[0006] Il en résulte que cette méthode conduit alors, pour sa mise en oeuvre, à des outillages robustes et complexes donc coûteux.

[0007] Rappelons enfin que l'endommagement du matériau est généralement évalué soit par variation de densité du matériau soit par voie micrographique.

[0008] La méthode selon l'invention permet de minimiser l'endommagement, sans utiliser une pression isostatique.

[0009] Cette méthode consiste donc, à une température donnée et dans les condi­tions microstructurales et de vitesse de déformation entraînant le comportement superplastique de l'alliage considéré, à appliquer des déformations partielles successives (ε>0) pendant un temps (t) séparées par des périodes de repos (ε =0) pendant un temps (t′). Les valeurs de t et t′ sont fonction de la nature, de la microstructure de l'alliage considéré, de la déformation totale subie, de la température et de la vitesse de déformation.

[0010] Ces valeurs doivent donc être déterminées pour chaque cas particulier, mais en général les valeurs de t et t′ sont typiquement comprises entre 0,5 et 10 min et de préférence entre 1 et 3m in.

[0011] L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants illustrés par les fig. 1 à 6

La figure 1 représente des résultats d'essais en sollicitation uniaxiale comparés entre la méthode continue (1) et la méthode avec repos (2).

La figure 2 représente une coupe axiale d'un embouti circulaire en alliage 7475, selon la nomenclature de l'Aluminium Association.

La figure 3 représente la variation de la densité (d) en fonction de la déformation rationnelle (ε) pour la méthode classique (continue) avec ε = 2x10⁻⁴s⁻¹ - courbe 1 - et la méthode selon l'invention - courbe 2.

La figure 4 donne la comparaison des propriétés de traction (charge de rupture Rm, limite élastique Rp0,2 et allongement A% dans le sens long (L) et travers long (TL)) de la tôle initiale déterminées en A (fig. 1) correspondant aux deux méthodes 1 et 2 ci-dessus et à l'alliage non déformé (0).

Les figures 5 et 6 représente une coupe micrographique dans l'épaisseur du produit selon les méthodes (1) et (2) pour ε = 1,4.

[0012] Les essais suivants ont été effectués sur une tôle de 2 mm d'épaisseur en alliage 7475 à l'état superplastique dont la composition chimique est la suivante (% en poids):

Zn	Cu	mg	Mn	Cr	SI	Fe	Ti
5,8	1,60	2,14	<0,02	0,22	0,05	0,06	0,05

reste A1, et dont la grosseur de grains est de 13 µm;
Celle-ci a été formée à 516°C à la vitesse moyenne de ε̇ = 3.10⁻⁴ sec⁻­¹ avec (ou sans) repos en sollicitation uniaxiale et de ε̇ =2x10⁻⁴s⁻­¹ avec (ou sans) repos en sollicitation biaxiale..

EXEMPLE 1

[0013] Les essais en sollicitation uniaxiale ont été effectués en continu - courbe 1, fig. 1 ou selon la méthode revendiquée avec les temps (t,t′) indiqués en minutes; l'endommagement a été mesuré en fonction de la déformation par la variation relative de densité (Δd/d) déterminée par une méthode de picnométrique.

[0014] On peut constater que pour l'ensemble des essais (1,1)- courbe 2 fig. 1 - et par rapport à la méthode continue, l'endommagement est réduit d'un facteur 10 env. pour des allongements de l'ordre de 140%; ce facteur reste encore de 3,5 env. pour des allongements voisins de 220%.

EXEMPLE 2

[0015] Un flan □̸ 330x320 mm prélevé dans la tôle ci-dessus a été formé par emboutissage sous forme d'un embouti circulaire (sollicitation biaxiale) dont la coupe axiale est donnée à la fig. 2 d'une part en déformation continue (1) et d'autre part avec des cycles de déformation (1 min) suivi d'un repos (1 min), etc...

[0016] L'évolution de l'endommagement en fonction de la déformation locale: ε= Ln (E/e), avec E épaisseur initiale et e épaisseur finale, est donnée à la figure 3.

[0017] Les caractéristiques mécaniques de traction, moyennes de 4 essais, ont été déterminées dans le fond de l'embouti, dans le sens long et travers long de la tôle initiale à 100 mm du centre à l'état T76, selon la désignation de l'Aluminium Association.

[0018] Les résultats sont reportés dans le tableau I ci-joint et représentés graphiquement à la figure 4.

[0019] Les micrographies comparées sont données aux figures 5 et 6 pour ε= 1,4 (A% 300).

[0020] Les essais de fatigue effectués en sollicitations répétées sur des éprouvettes prélevées sens long extraites du fond des emboutis dans les états définis ci-dessus sont les suivants:

Etat 0̸	R	σ max (MPa)	Durée de vie* (Kilocycles)
1	0,1	200	128,8
2	0,1	200	177,8

*Moyenne de 12 essais.

TABLEAU I

CARACTERISTIQUES MECANIQUES
Rep.	Vitesse de déformation	Sens de prélèvement	RO,2 (MPa)				Rm (MPa)				A (%)
			maxi	mini	écart	moy.	maxi	mini	écart	moy.	maxi	mini	écart	moy.
0	Témoin	L	471	457	14	463	527	512	15	520	16,6	8,1	8,5	12,3
	ε=0	TL	454	445	9	449	503	501	2	502	9,6	7,2	2,4	8,6
1	2 10⁻⁴s⁻¹	L	415	392	23	404	479	439	40	453	2,7	1,4	1,3	1,9
	ε= 1,4	TL	401	355	46	384	468	436	32	447	7,4	1,2	6,2	3,2
2	avec relaxation ε =1,4	L	407	335	72	373	497	459	38	480	8,9	1,5	7,4	5,6
	2.10⁻⁴s⁻¹	TL	451	332	119	400	498	473	25	485	5,9	4,4	1,5	5,1

Revendications

1. Méthode de déformation d'un métal ou alliage dans des conditions superplastiques en vue de diminuer l'endommagement, caractérisé en ce qu'à une température donnée, le matériau subit une succession de déformations partielles ( ε >0) pendant le temps (t) séparées par des intervalles de repos (ε =0) pendant le temps (t′).

2. Méthode selon la revendication 1 caractérisée en ce que t et t′ sont compris entre 0,5 et 10 min.

3. Méthode selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que pour l'alliage 7475 déformé vers 516°C avec une vitesse voisine de ε = 2.10⁴ sec⁻¹, les périodes de déformations partielles (t) durent 1 à 3 min et les périodes de repos (t′) de 1 à 3 min.

4. Méthode selon la revendication 3 caractérisé en ce que les périodes de déformation et de repos sont voisines de 1 min.

Dessins