Quels sont les facteurs clés affectant le flux de métal dans l’extrusion de matériaux de titane ?

Le moulage par extrusion est une méthode importante pour le traitement plastique des matériaux en titane. L'état d'écoulement du métal est un facteur essentiel de la qualité des produits extrudés ; son uniformité affecte directement les propriétés mécaniques, la précision dimensionnelle et la qualité de surface des produits. Un écoulement inégal peut provoquer des défauts, tels que des cavités de retrait, des fissures et une ségrégation de composition.

I. Propriétés des matériaux en titane

La structure cristalline, la composition chimique et les propriétés thermophysiques dematériaux en titanesont des facteurs inhérents. Lors de l'extrusion, ces facteurs déterminent le comportement d'écoulement du métal et influencent directement la capacité de déformation plastique et la résistance à l'écoulement.

 

 

1. Structure cristalline et caractéristiques de transformation de phase

• Transformation de phase du titane pur : à température ambiante, il s'agit de -Ti avec une mauvaise plasticité à basse-température et un écoulement inégal ; au-dessus de 882 degrés, il se transforme en -Ti avec une plasticité améliorée et un écoulement plus uniforme.

 

• Influence des éléments d'alliage : -les éléments stabilisants tels que Al et Sn augmentent la température de transformation de phase ; Les -éléments stabilisants (Mo et V) diminuent la température de transformation de phase. Un contrôle précis de la température en fonction de la composition est nécessaire pour correspondre au débit optimal.

 

2. Composition chimique et teneur en impuretés

• Influence des principaux composants : altère la résistance à la déformation et la plasticité à haute température ; les écarts de composition par rapport à la plage de conception conduisent facilement à un écoulement irrégulier.

 

• Influence des impuretés : O, N et C augmentent la résistance et réduisent la plasticité. Cela provoque probablement des fissures ; une petite quantité de Fe est bénéfique pour la plasticité, mais un excès de Fe forme des phases fragiles qui gênent l'écoulement. Besoin d'un contrôle strict des impuretés.

 

3. Propriétés thermophysiques

• Faible conductivité thermique : la chaleur de déformation est difficile à dissiper, sujette aux températures locales élevées, ce qui entraîne des centres mous avec un écoulement rapide et des bords durs avec un écoulement lent, formant une différence de vitesse d'écoulement.

 

• Petit coefficient de dilatation linéaire : contraction/expansion de faible volume, mais un contrôle inapproprié de la température générera une contrainte thermique, décalant la direction du flux et affectant la précision dimensionnelle.

 

II. Paramètres du processus d'extrusion

 

1. Température d'extrusion

Le noyau consiste à ajuster la structure des phases du matériau en contrôlant la plage de température, en équilibrant la plasticité et les performances.

• Basse température (en dessous du point de transformation de phase) : mauvaise plasticité, fissuration facile et écoulement inégal du métal, qui doivent être évités autant que possible.

 

• Température du milieu (proche du point de transformation de phase) : + région biphasée-, nécessitant un contrôle précis de la température ; sinon, un stress interne risque de se produire.

 

• Haute température (au-dessus du point de transformation de phase) : bonne plasticité et écoulement uniforme, mais une température excessivement élevée entraînera une croissance des grains et une résistance réduite.

 

• Exemple : l'alliage Ti-6Al-4V est couramment utilisé à 920-980 degrés (région de phase +) pour équilibrer la plasticité et la stabilité des grains.

 

2. Vitesse d'extrusion

Régulez la stabilité du flux en contrôlant le temps de déformation et la chaleur.

• Faible vitesse : écoulement uniforme et bonne qualité de surface, mais faible efficacité de production et adhérence facile du moule.

 

• Haute vitesse : augmentation locale rapide de la température et écoulement accéléré, mais sujet à un « écoulement avancé », conduisant à un écart dimensionnel ou à des fissures.

 

• Point clé : les matériaux en titane ont une faible conductivité thermique, un contrôle strict de la vitesse est donc nécessaire. La vitesse courante pour le titane pur est de 5 à 15 mm/s et pour l'alliage Ti-6Al-4V est de 3 à 10 mm/s ; dépasser 20 mm/s est facile à présenter des défauts.

 

3. Taux d'extrusion

Reflète le degré de déformation du matériau, affectant l'uniformité et la densité du flux.

• Petit rapport d'extrusion (<10): Small deformation, flow concentrated in the center, and easy "subsurface porosity" at the edges.

 

• Large extrusion ratio (>10) : Déformation suffisante, écoulement uniforme et haute densité, mais grande résistance à la déformation et usure facile du moule.

 

• Exemple : 8-15 pour les profils à paroi mince et 15-25 pour les tiges en titane massif, s'adaptant aux différentes exigences du produit.

 

4. Conditions de lubrification

Fonction principale : réduire la friction entre le moule et le matériau, faciliter un écoulement uniforme du métal et réduire l'usure du moule et la consommation d'énergie.

• Exigence clé : la température d'extrusion du matériau titane est élevée et les lubrifiants conventionnels sont faciles à échouer ; des lubrifiants résistants aux températures élevées doivent être utilisés.

 

• Solution préférée : les lubrifiants pour verre peuvent former un film isolant, réduisant le coefficient de frottement de 0,3 à 0,5 à 0,1 à 0,2, et fournissent également une isolation thermique et une réduction des dommages.

 

• Avertissement de risque : Une lubrification insuffisante ou une défaillance du matériau entraînera des « zones d'écoulement stagnantes », provoquant des rayures sur la surface du produit et des fissures internes.

 

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