Publication :


Title:

Moules pour formage superplastique du titane : matériaux, propriétés et conception

Authors: G. Bernhart, V. Velay and T. Cutard
Year: octobre 2015
Conference : Moules et Outils 2015.


Abstract:
La mise en forme de tôles titane par formage superplastique soumet les outillages à des contraintes sévères du fait de la température (900°C), de la durée (une campagne typique de formage dans le secteur aéronautique dure 1 semaine) et des contraintes thermomécaniques générées lors du chauffage ou lors des opérations de défournement-enfournement des tôles. Les matériaux les plus utilisés actuellement dans l’industrie sont des aciers réfractaires à haute teneur en chrome et en nickel élaborés par fonderie. Dépendant de leur utilité et positionnement dans les presses (plateaux chauffants, cuves et couvercles, empreintes de formage), la teneur en nickel varie de 20 à 50% induisant des couts matières élevés mais conduisant à des performances mécaniques et de durabilité améliorées [1]. Des données comparatives en traction et oxydation obtenues sur des alliages dont la teneur en nickel varie de 1 à 50% sont présentées et discutées en relation avec leur micro et macro-structure (équiaxe ou colonnaire) et la température d’exposition. En particulier ce type de matériau montre un comportement relativement fragile dès que la température est inférieure à 550°C. Des mesures sur moules lors de cycles d’enfournement et défournement ont permis de définir les cycles typiques auxquels sont soumis les surfaces des outillages. L’amplitude de ceux-ci, mesurés sur des installations utilisant la technologie de plateaux navette, dépend fortement de la durée nécessaire à l’extraction de la tôle formée ; les températures superficielles peuvent descendre jusqu’à 500°C. Les études de comportement en sollicitations cycliques isothermes et anisothermes ont permis de montrer qu’à chaque cycle de défournement la surface des moules était soumise à des déformations plastiques [2,3]. Après refournement, le refroidissement superficiel génère des temps d’attente importants afin de revenir à la température de formage. Pour diminuer ces durées, des concepts de moule partiellement évidés ont été étudiés en se basant sur des simulations numériques. Les résultats ont montrés des gains potentiels significatifs en terme de durée de cycle mais également au niveau des contraintes mécaniques. L’inconvénient majeur de ces outillages en acier moulé est lié à leur temps d’approvisionnement (typiquement entre 6 et 9 mois selon la taille et la complexité) et leur coût (lié au cout de la matière à forte contenance en Nickel). Aussi la dissémination du procédé sur un plus grand nombre de pièces a longtemps été handicapée. En effet lors de la conception d’un nouvel avion, des évolutions de concept assez tardives sont introduites, évolutions non compatibles des délais d’approvisionnement des outillages nécessaires à la production par formage superplastique des pièces de démonstrations et de pré-séries. Pour essayer de remédier à cet état de fait, l’ICA a, il y a maintenant une dizaine d’année, développé et breveté une nouvelle famille matériaux basée sur l’utilisation de bétons réfractaires moulés renforcés de fibres métalliques [4,5]. Leur procédé d’élaboration fait appel à une coulée sous vibration, suivi d’un séchage et d’un traitement thermique et permet de proposer aux industriels une mise à disposition des moules après seulement environ 2 mois. Quelques illustrations de micro-structures et de propriétés sont présentées.

Bibtex citation :
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Author={Bernhart, G. and Velay, V. and Cutard, T.},
Title={Moules pour formage superplastique du titane : mat\'eriaux, propri\'et\'es et conception},
Booktitle={Moules et Outils 2015},
Year={2015}}


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