Le titane et ses alliages possèdent de nombreuses propriétés exceptionnelles, notamment une faible densité, une résistance spécifique élevée, une excellente résistance à la corrosion et une bonne biocompatibilité. Ils sont largement utilisés dans divers secteurs tels que l'aérospatiale, la pétrochimie, le génie biomédical et la défense nationale. Grâce à l'introduction de technologies à long terme, à la recherche et au développement indépendants et à la promotion des applications, l'industrie chinoise du titane est entrée dans une phase de développement rapide, avec une production en augmentation constante, consolidant ainsi sa position d'acteur majeur dans l'industrie mondiale du titane. Ces dernières années, la demande de titane et de ses alliages a continué de croître, leurs environnements de service sont devenus plus diversifiés, les processus de formage sont devenus de plus en plus complexes et les exigences en matière de spécifications de performances des matériaux n'ont cessé d'augmenter.
Le traitement du plastique est une technique de fabrication qui utilise une force externe pour induire une déformation plastique des matériaux, obtenant ainsi les formes, microstructures et propriétés souhaitées. Les méthodes courantes de traitement du plastique comprennent le forgeage, le laminage, l'extrusion, l'étirage et le filage. Cependant, le titane et ses alliages présentent une résistance et une dureté accrues ainsi qu'une plasticité et une ténacité diminuées lors de la déformation plastique. Le traitement peut également facilement entraîner des problèmes tels que des fissures de surface, une oxydation et une rugosité excessive, qui peuvent nuire aux propriétés mécaniques, à la résistance à la corrosion et à la précision de l'assemblage ultérieur des composants. Ces dernières années, la technologie émergente de formage superplastique (SPF) a été largement appliquée, améliorant considérablement les défis de formabilité des alliages de titane.
Actuellement, les technologies de transformation du plastique englobent à la fois des méthodes traditionnelles et nouvelles. La sélection de la technique de traitement du plastique appropriée est cruciale pour améliorer la qualité des produits en titane et en alliages de titane. Cet article passe en revue les progrès de la recherche et l’état d’application des principales techniques de transformation plastique du titane et de ses alliages (forgeage, laminage, extrusion, etc.) et offre des perspectives sur les tendances de développement futures.
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Techniques traditionnelles de traitement du plastique
Forgeage
Le forgeage est une méthode courante pour traiter les composants métalliques. Il s’agit d’appliquer une pression pour provoquer une déformation plastique, obtenant ainsi des pièces ayant la forme et la microstructure souhaitées. En raison des caractéristiques de la structure cristalline des alliages de titane, leurs produits sont très sensibles aux paramètres de forgeage (par exemple, température, degré de déformation), nécessitant un contrôle strict du processus. Lors du forgeage, les grains de titane se réorganisent et deviennent plus denses, les impuretés et vides internes sont éliminés et les contraintes internes sont partiellement soulagées.
Par conséquent, l’uniformité, la pureté, les propriétés mécaniques et la qualité de surface du matériau sont améliorées. Cependant, ses inconvénients sont également évidents : une efficacité de production relativement faible, des défis importants en matière de contrôle des processus et des difficultés de traitement de pièces aux géométries complexes.
Roulement
Le roulement est privilégié pour son faible coût et sa commodité opérationnelle. Les matériaux métalliques subissent de fortes déformations lors du laminage, et l'ajustement des paramètres du processus peut altérer leur microstructure et leurs propriétés mécaniques. En fonction de la température de traitement, le laminage est classé en laminage à chaud et laminage à froid. Le laminage à chaud, effectué à des températures élevées, peut éliminer les défauts de la billette et permettre des déformations importantes. Dans les régions de forte déformation, une récupération dynamique et une recristallisation se produisent. Le laminage à froid n'induit généralement pas de récupération ou de recristallisation mais peut améliorer la résistance du matériau et l'état de surface. Il est généralement utilisé comme étape finale dans la production de feuilles et de bandes.
Additionally, annealing can be incorporated during rolling to control deformation, or bending distortions can be directly corrected. In recent years, rolling technology in China has developed rapidly, becoming a crucial forming method for titanium and titanium alloy products like plates, bars, and tubes. Compared to forging, rolling offers higher efficiency, greater product precision, and significantly lower production costs, making it suitable for low-cost manufacturing of titanium alloys. Plates are categorized by thickness into thick plates (>4,76 mm) et plaques minces (Inférieur ou égal à 4,76 mm). Les plaques épaisses sont laminées à chaud-aux dimensions finales, tandis que les plaques minces peuvent subir un laminage à chaud suivi d'un laminage à froid, ou de méthodes plus efficaces telles que le laminage en paquet, le laminage en paquet à chaud ou la production de bobines-à-bobines. Les barres sont principalement produites à l'aide de techniques de traitement de grandes -déformations.
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Extrusion
Le formage par extrusion, en appliquant une contrainte de compression triaxiale, permet une déformation plastique importante et améliore les performances globales des produits. Il offre des avantages tels qu'une large applicabilité, une efficacité de production élevée et un flux de processus relativement simple, ce qui en fait une méthode courante pour produire des tubes et des barres en alliage de titane. Sur la base de la relation entre la direction du flux de métal et le mouvement du poinçon, l'extrusion peut être classée en extrusion vers l'avant (directe), extrusion vers l'arrière (indirecte), extrusion combinée et extrusion radiale. En raison du retour élastique important du titane et de ses alliages, leur processus de déformation par extrusion est plus complexe que celui des autres alliages, ce qui rend la température d'extrusion et les paramètres du processus particulièrement importants.
Par rapport au forgeage et au laminage, l'extrusion permet d'obtenir plus facilement une déformation des métaux à faible -ductilité et une liaison de métaux différents. Cela évite également le besoin d’ensembles complets coûteux de conceptions de matrices, offrant ainsi une efficacité de traitement et une flexibilité de production élevées. Cependant, en raison des propriétés physiques et chimiques uniques des alliages de titane, des problèmes tels qu'une augmentation de la température, une résistance accrue à la déformation et un collage de la matrice peuvent survenir lors de l'extrusion. La sélection de méthodes de lubrification et de lubrifiants appropriés est essentielle pour réduire efficacement la force d'extrusion, prolonger la durée de vie de la filière et améliorer la qualité des produits. Elle est devenue une technologie essentielle dans la production d'extrusion d'alliages de titane. De plus, des facteurs tels que la conception des filières d'extrusion et les paramètres du processus influencent la qualité des profilés en alliage de titane.
Les paramètres clés incluent le taux d'extrusion (λ), la température de chauffage des billettes et la vitesse d'extrusion. Le taux d'extrusion est lié au type d'alliage, à la méthode d'extrusion, aux exigences du produit et à la capacité de la presse. Les lubrifiants pour verre peuvent protéger efficacement la billette pendant le chauffage et fournir une lubrification pendant l'extrusion. De plus, la vitesse d’extrusion affecte non seulement les propriétés du produit et la qualité de la surface, mais également la force d’extrusion. Une vitesse excessive peut entraîner un écoulement inégal du métal ; les vitesses d'extrusion appropriées sont généralement inférieures à 200 mm/s.
Nouvelles techniques de traitement du plastique
Le titane et ses alliages se caractérisent par une résistance élevée à la déformation et une évolution microstructurale complexe lors du travail à chaud. Les techniques conventionnelles de transformation du plastique comme le forgeage, le laminage et l’extrusion ont souvent du mal à former des formes complexes. La technologie Superplastic Forming (SPF) résout efficacement ce problème. Il s'agit d'une technique de fabrication de composants très efficace, adaptée aux matériaux, comme certains alliages de titane, qui présentent une superplasticité dans des conditions intrinsèques et extrinsèques spécifiques. L'utilisation du SPF peut non seulement réduire les coûts de fabrication, mais également améliorer considérablement l'efficacité du formage. C'est devenu une méthode importante pour le traitement des alliages de titane et est largement utilisé dans le secteur aérospatial.
Les principales méthodes SPF comprennent le formage par étirage superplastique, le forgeage superplastique, l'extrusion superplastique et le formage par soufflage superplastique (formage sous pression de gaz). Le SPF offre des avantages tels qu'une déformation importante, l'absence de striction, une faible contrainte d'écoulement et une bonne formabilité. Les techniques de déformation plastique sévère (SPD) peuvent améliorer la résistance et la ténacité des matériaux, obtenant ainsi des propriétés globales améliorées.
Les principales méthodes SPD incluent la torsion à haute pression (HPT), le traitement/soudage par friction et agitation (FSP/FSW), le pressage angulaire à canal égal (ECAP), le collage par rouleaux accumulés (ARB) et le forgeage multidirectionnel (MDF). De plus, pour répondre aux exigences strictes en matière de matériaux dans différents environnements de service, les chercheurs ont combiné le SPF avec des techniques traditionnelles telles que le forgeage, le laminage, l'extrusion et l'étirage, développant diverses technologies de déformation des composites qui ont été largement étudiées. Ces dernières années, la portée des recherches sur les SPF n’a cessé de s’élargir, mais la profondeur des investigations reste insuffisante. De nombreux travaux en sont encore au stade théorique et expérimental. Une exploration plus approfondie des mécanismes intrinsèques et des règles de traitement du formage superplastique des alliages de titane est nécessaire, ainsi que des améliorations des méthodes de traitement, des équipements, de la qualité des composants, de l'efficacité de la production et de l'élargissement des plages d'applications.
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Le collage par diffusion (DB), également connu sous le nom de soudage par diffusion, est une technique de soudage-à l'état solide dans laquelle les matériaux sont mis en contact sous certaines températures et pressions, obtenant ainsi une liaison étroite grâce à une diffusion atomique prolongée. Il permet d'assembler de grandes-zones avec une contrainte résiduelle minimale. Lorsque la température de formage superplastique d'un matériau est proche de sa température de liaison par diffusion, SPF et DB peuvent être complétés en un seul cycle de chauffage/pression pour produire des structures localement ou intégralement rigidifiées ou des composants monolithiques plus complexes. Cela a évolué vers le processus de formage/liage par diffusion superplastique (SPF/DB). La technologie SPF/DB a été largement étudiée et appliquée dans l'aviation, offrant des avantages tels que : ① Former plusieurs pièces en une structure monolithique en un seul cycle de chauffage, réduisant ainsi les coûts ; ② Déformation importante, sans fissures-, avec une contrainte résiduelle minimale et une précision de formage élevée ; ③ Excellentes performances globales de la structure, avec une résistance améliorée à la fatigue et à la corrosion.
Les demandes actuelles dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et de la haute-technologie en matière de traitement des composants mettent l'accent sur la légèreté, la haute résistance-la ténacité, la précision, la haute efficacité et la durabilité. De nombreux processus de formage de plastique de précision nécessitent des matrices dédiées et peuvent être-énergivores. La technologie de formage incrémental a attiré l'attention car elle permet de surmonter les inconvénients du formage de précision traditionnel, tels que la spécificité élevée des matrices et la consommation d'énergie. Cependant, il existe relativement peu de rapports de recherche sur le formage incrémental des alliages de titane. Les procédés existants souffrent d'inconvénients tels que la susceptibilité aux défauts de formage, une mauvaise stabilité de formage et un équipement complexe et coûteux.
Il existe de nombreuses méthodes de transformation du plastique pour le titane et ses alliages, chacune présentant ses propres avantages et inconvénients. Le processus approprié doit être sélectionné en fonction d'exigences spécifiques, généralement en suivant ces principes : fonctionnement fiable et simple ; répondre aux besoins de performances des produits ; faible coût de processus. Alors que les domaines d'application du titane et de ses alliages continuent de s'étendre, de nouvelles technologies et processus efficaces, de haute-qualité et faible-coût (tels que SPF, SPF/DB, formage incrémental de composites, etc.) sont continuellement développés et recherchés. Grâce à des recherches approfondies en cours sur les nouvelles technologies et techniques de traitement des alliages de titane, la qualité et la compétitivité des produits continueront de s'améliorer.
