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(11) | EP 0 014 668 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Alliages métalliques superplastiques à grande vitesse de déformation |
| (57) L'invention est relative aux alliages métalliques superplastiques à grande vitesse
de déformation. Leurstructure est caractérisée par la présence d'au moins deux constituants principaux dont l'un, majoritaire, présente une forme globulaire ou allongée et, dont l'autre, minoritaire, entoure totalement ou partiellement le premier sous forme de liserés dont l'épaisseur est inférieure à 10 µm. Cette invention est applicable à la mise en forme des alliages dans l'état superplastique avec une grande vitesse de déformation supérieure à 100 % min.-1. |
[0001] Cette invention est relative à une nouvelle structure d'alliages métalliques présentant l'état superplastique à l'état solide.
[0002] On sait que certains alliages présentent dans certaines conditions de température et de vitesse de déformation, le phénomène de superplasticité qui est caractérisé par l'obtention de déformations réparties très élevées (>100% par exemple en traction) sans déformations locales préférentielles (striction).
[0003] Ce comportement, qui peut être comparé à la déformation visqueuse des polymères ou des verres (à chaud), est en général observé dans les conditions suivantes :
- température de déformation supérieure à 0,5 Tf, Tf étant la température de fusion commençante de l'alliage exprimée en Kelvin,
- vitesses de déformation très faibles par rapport aux vitesses de défor-t mations habituelles.
[0004] Il s'ensuit que le développement industriel de tels alliages est resté relativement restreint en raison du fait que les vitesses mises en jeu sont très lentes vis-à-vis des vitesses normales de travail de ceux-ci.Il en résulte des opérations extrêmement longues et consommatrices d'énergie, pour obtenir les formes voulues. En effet, pour les alliages superplastiques connus, les vitesses rationnelles de déformations s'étendent de 0,1 à 10 % min-l, dans les conditions optimales.
[0005] Un progrès important a été réalisé dans ce domaine, par la découverte de la superplasticité transitoire, induite par une recristallisation extrêmement fine après écrouissage au cours de la déformation plastique à chaud elle-même. Cette méthode a fait l'objet d'une protection par le brevet français n° 2 236 613 (dépôt du 03.07.1973). Cette méthode permet d'obtenir transitoirement une vitesse de déformation rationnelle allant jusqu'à 100 % min-1. Mais la durée de vie de l'état superplastique transitoire est, par nature, très courte, car les grains formés grossissent très vite, ce qui fait perdre à l'alliage sa possibilité de déformation rapide.
[0006] Ceci limite donc les applications pratiques en raison d'une mise en oeuvre délicate, dans des conditions opératoires très précises.
[0007] Or, nous avons trouvé qu'un état superplastique plus stable, permettant de très grandes vitesses de déformation, peut également être observé dans les alliages métalliques présentant au moins deux constituants principaux dont l'un est fortement majoritaire par rapport à l'autre : chaque constituant peut être soit une phase au sens cristallographique (auquel cas l'alliage est au moins biphasé), soit des constituants micrographiques distincts formés de plusieurs phases (solution solide + fins précipités, eutectiques, eutectoides, etc...) ou l'un et l'autre.
[0008] La structure de l'alliage suivant l'invention présente une ou plusieurs des caractéristiques successives suivantes. Si A désigne le constituant majoritaire et b, le constituant minoritaire :
1°/ le constituant A présente en coupe micrographique une forme particu- laire généralement globulaire ou allongée (rapport longueur/largeur < 20) entouré au moins partiellement du constituant b sous forme de liserés,
2°/ la ductilité du constituant A est inférieure à celle du constituant b, à la température de déformation,
3°/ la longueur totale du constituant b (déterminée sur une coupe micrographique) et supposée d'épaisseur négligeable, est supérieure à 30 % de la longueur totale des joints entre les particules du constituant A (joints de macles exclus).
[0009] Les caractéristiques structurales de l'alliage sont déterminées de la façon suivante :
- largeur du constituant b = méthode des intersections sur micrographie au grossissement de 500 à 1000 telle que rapportée dans l'ouvrage MICROSCOPIE QUANTITATIVE de R.T. Dehoff et F.N. Rhines, Masson et Cie, 1972.
- la longueur relative du constituant b est déterminée par mesure des longueurs sur une micrographie au grossissement 500 à 1000. Les ductilités relatives des constituants A et b peuvent être évaluées par toute méthode connue telle que dureté ou microdureté, allongement lors d'un essai de traction, vitesse de déformation sous contrainte donnée, etc... Il a été constaté que la largeur du constituant b doit être assez faible en général inférieure a 10 µm, de préférence 5 µm et même 1 µm.
[0010] Ces structures peuvent être obtenues par tout moyen ordinairement connu en métallurgie par exemple :
- traitement thermique ou thermomécanique d'alliages coulés, corroyés ou frittés,
- diffusion intergranulaire à l'état solide d'un tiers élément,
- métallurgie des poudres, etc ...
[0011] On sait que si on exprime par :
l'équation d'état mécanique, formule dans laquelle :
σ : représente la contrainte,
K : représente une constante,
ε : la déformation rationnelle [pour un essai de traction E = Log 1/10, 1 étant la'longueur en cours d'essai, d'une éprouvette de longueur initiale lo ; Log : logarithme népérien],
ε̇ : la vitesse de déformation =
T
N : le coefficient d'écrouissage, voisin de zéro,
m : l'indice de sensibilité à la vitesse de déformation,
[0012] l'état superplastique s'observe généralement pour une valeur de m supérieure à 0,2, de préférence 0,3.
[0013] Les exemples suivants, donnés à titre d'illustration, permettront de mieux comprendre l'invention, sans être limitatifs de la portée de celle-ci.
Exemple 1
[0014] Dans un fil de φ 3mm de zircaloy 4 préalablement recuit, une éprouvette de traction φ 2,5 mm a été usinée et portée à 850°C, par chauffage HF, au cours d'un essai de traction à chaud.
[0015] La structure finale, après cet essai, était la suivante :
- % vol. a = 75 (constituant A)
- % vol. β = 25 (constituant b)
- taille moyenne des grains a = 7 µm
- épaisseur moyenne de la phase β = 1,8 µm
- longueur relative de la phase β = 40 %
[0016] L'essai a été conduit (en partie) sous contrainte constante de 35 MPa avec une vitesse rationnelle de déformation de ε̇= 150 % min.-1 Le coefficient (m) déterminé par la méthode de variation brusque de la charge, a été trouvé égal à 0,4 [ce qui est bien caractéristique de l'état superplastique . L'allongement uniforme a dépassé 100 % sans apparition de striction.
Exemple 2
[0017] Un fil φ 4 φ mm en laiton α (CuZn 36 suivant la norme française AFNOA A51-101 avril 76) initialement écroui de 96 % a subi un traitement thermique rapide dans le domaine biphasé α + β. Ce dernier traitement effectué par chauff-age HF consiste en une montée à 790°C en 3 secondes et un maintien de 2 sec. à cette température avant trempe à l'eau.
[0018] Cette température de 790°C se trouve à 40°C environ au-dessus de la température de transition α
α + β de l'alliage considéré, dans le diagramme binaire Cu-Zn (voir HANSEN, Constitution of binary alloys, 1958,p. 650). La structure obtenue représentée à la figure 1, est caractérisée par les valeurs suivantes :
- % vol. phase a = 90 (constituant A)
- % vol. phase β = 10 (constituant b)
- épaisseur moyenne des liserés de β : 0,4 µm.
- longueur relative des liserés β : 80 %