L'ensemble du processus de forgeage de précision des alliages de titane

Le matriçage de précision des alliages de titane est un processus efficace de formage proche de la forme finale. Il résout les problèmes liés aux propriétés difficiles à usiner et à la faible utilisation des matériaux desalliages de titane, réduit les surépaisseurs d'usinage et améliore la précision dimensionnelle et la stabilité des propriétés mécaniques des pièces. Par rapport au forgeage conventionnel, ce procédé impose des exigences de contrôle plus strictes en matière de température, de matrices, de paramètres de déformation, de lubrification et de protection. Le niveau du processus complet détermine directement la qualité et la fiabilité du service des pièces forgées.

 

 

1. Matières premières et prétraitement des billettes

Trois temps VAR (Vacuum Arc Remelting) sont adoptés. Un contrôle strict est exercé sur le degré de vide, la vitesse de fusion, la composition chimique et la teneur en oxygène pour éliminer les défauts internes. Les billettes sont sciées, meulées et décapées avec précision pour éliminer les défauts de surface. Des grains originaux uniformes et fins sont nécessaires pour garantir une microstructure stable des pièces forgées.

 

2. Conception des matrices et prétraitement

Un acier pour matrices pour travail à chaud résistant aux hautes températures et à l'usure est sélectionné. La cavité de la matrice est conçue avec un angle de dépouille de 3 degrés à 5 degrés et des rayons de congé d'au moins 5 mm, et la surface de la cavité est rectifiée en finition. Les matrices sont préchauffées à 250-350 degrés. La géométrie de la cavité et le jeu de fermeture de la matrice sont vérifiés avant la production pour éviter le collage de la matrice, les fissures dues au choc froid et les défauts de remplissage.

 

3. Sélection de l'équipement

Des presses hydrauliques de haute précision de 2 500 t ou plus sont déployées, avec une vitesse de pressage de 50 à 100 mm/s et un écart d'épaisseur de paroi des pièces forgées inférieur ou égal à 1 mm. La surveillance en ligne de la pression, du déplacement et de la température est équipée pour réaliser un contrôle en boucle fermée des paramètres du processus et garantir une précision stable des pièces forgées produites en série.

 

 

1. Contrôle de la température de chauffage

Le forgeage segmenté est réalisé selon les caractéristiques de transformation de phase des alliages de titane : le cogging est effectué dans la région de phase pour briser les gros grains ; le forgeage de finition est effectué dans la région biphasée + pour équilibrer la plasticité et les propriétés liées à la microstructure et limiter le grossissement des grains et la détérioration de la ténacité. La fluctuation de la température des billettes est contrôlée à ± 20 degrés pour éviter une surchauffe ou un chauffage insuffisant.

 

2. Procédures de réchauffement et de maintien

Un schéma de chauffage lent en plusieurs étapes est appliqué pour éviter la fissuration des billettes induite par les contraintes du gradient thermique. Après avoir atteint la température de forgeage, les billettes sont maintenues en fonction de leur épaisseur pour une température et un ramollissement uniformes dans l'épaisseur. Un chauffage sans oxydation sous vide ou dans une atmosphère inerte est adopté pour atténuer l'oxydation et l'absorption d'hydrogène, de manière à empêcher les couches de boîtier alpha de nuire à la précision du forgeage et à la résistance à la corrosion.

 

 

1. Stratégie de déformation par forgeage en plusieurs étapes

Un mode de formation en trois étapes de « préformage par coup léger - remplissage de cavité par coup fort - dimensionnement par maintien de la pression » est adopté pour compacter les pores et assurer la densification et la précision dimensionnelle. Le forgeage multi-chaleur est appliqué aux composants à parois épaisses de forme spéciale. La déformation par chaleur varie de 50 % à 80 % et la déformation totale dépasse 70 %. Un recuit intermédiaire est mis en œuvre pour affiner les grains et soulager les contraintes. Les pièces forgées de précision conventionnelles réalisent un formage proche de la forme nette avec des tolérances inférieures ou égales à 0,1 mm et des surépaisseurs d'usinage réduites.

 

2. Lubrification à haute température et technologie antiadhésive

Les alliages de titane ont tendance à adhérer aux matrices à haute température. Des lubrifiants à base d'eau en graphite ou en verre sont utilisés pour former des films isolants sur les surfaces des billettes et des matrices, ce qui réduit la friction, améliore l'écoulement du métal, atténue les éraflures de surface et l'usure des matrices et ralentit la chute de température des billettes. Une épaisseur de revêtement uniforme est nécessaire pour éviter les défauts dimensionnels causés par l’accumulation de lubrifiant.

 

3. Surveillance dynamique pendant le formage

La température de forgeage, la pression, la vitesse de pressage et le déplacement sont surveillés tout au long du processus. Le forgeage doit être terminé lorsque la température des billettes Gr5 descend en dessous de 750 degrés pour éviter les fissures à basse température et la dégradation de la microstructure. Les défauts tels qu'un manque de matériau, un pliage et des bavures sont inspectés en temps réel et les paramètres sont ajustés de manière dynamique pour stabiliser la qualité de la production en série.

 

 

1. Contrôle de refroidissement progressif

Des régimes de refroidissement différenciés sont appliqués aux pièces forgées et aux matrices : la vitesse de refroidissement de la matrice ne doit pas dépasser 20 degrés/h ; les matrices sont maintenues à 600 degrés pendant 4 h et refroidies lentement en dessous de 200 degrés avant l'ouverture de la matrice, afin d'éviter les fissures et les déformations thermiques et de prolonger la durée de vie de la matrice. Les pièces forgées subissent un refroidissement par air contrôlé à une vitesse de refroidissement de 5 à 10 degrés/min. Cela évite les contraintes résiduelles dues à un refroidissement rapide ainsi que le grossissement des grains et la dégradation de la résistance due à un refroidissement trop lent.

 

2. Procédures de traitement thermique de précision

Les pièces forgées sont soumises à un recuit sous vide pour éliminer les contraintes résiduelles induites par le forgeage, homogénéiser et affiner la microstructure et optimiser les performances de résistance-plasticité-ténacité. Pour les composants à forte charge tels que les pièces de disques aérospatiaux, une solution et un traitement de vieillissement sont ajoutés pour améliorer les performances de résistance, de dureté et de fatigue. Le tartre d'oxyde et les lubrifiants résiduels sont éliminés après le traitement thermique pour faciliter l'usinage et le traitement de surface ultérieurs.

 

 

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