Plages de températures de forgeage pour les alliages de titane TA7, TA13, TC4, TC6 et TC11

Pourquoi la fenêtre de forgeage est plus étroite pour le titane que pour l'acier

Le titane a une phase alpha hexagonale serrée-à température ambiante et une phase bêta cubique-centrée sur le corps au-dessus d'un transus bêta dépendant de la composition-. Presque toutes les propriétés importantes dans une pièce forgée - le rapport alpha/bêta, la taille des grains, la texture cristallographique et l'équilibre entre la résistance et la tolérance aux dommages - sont fixées par la façon dont le métal est travaillé par rapport à ce transus. Le titane conduit également mal la chaleur, durcit rapidement sous contrainte et commence à absorber l'oxygène au-dessus d'environ 600 degrés, de sorte que la fenêtre utilisable est beaucoup plus étroite que pour l'acier au carbone ou allié. Chauffez une billette trop au-dessus du transus et la croissance des grains bêta devient irréversible ; terminer une passe trop froide et entraîner des fissures de surface, des bandes de cisaillement adiabatiques ou une surcharge de matrice s'ensuivent.

Cette référence donne les plages de températures pratiques de forgeage pour les qualités les plus souvent spécifiées sous GB/T 3620.1 - TA7, TA13, TC4, TC6 et TC11 - ainsi que les valeurs bêta transus qui les sous-tendent et les règles de processus qui maintiennent un forgeage dans les spécifications.

Famille de transus bêta et de phases par grade

Le transus bêta est la ligne de référence pour chaque programme de forge. De puissants stabilisants alpha tels que l'aluminium, l'oxygène et l'azote l'augmentent ; les stabilisants bêta tels que le molybdène, le vanadium, le chrome, le fer et le silicium l'abaissent.

Remarque sur TA7 : les valeurs tabulées de 930-970 degrés pour cette qualité décrivent normalement une bande de travail alpha+bêta pratique, pas le transus lui-même. Le Ti-5Al-2,5Sn est fortement stabilisé en alpha, son transus se situe près de 1 040 degrés et la décomposition du lingot doit donc commencer bien au-dessus de cette ligne. L'utilisation de 930 à 970 degrés comme transus conduit à des grains bêta surdimensionnés et à une structure de Widmanstatten grossière.

Plages de température de forgeage en pratique

Pour les qualités alpha+bêta, la passe de finition se termine conventionnellement à 30 - 50 degrés en dessous du transus. C'est ce qui produit la fine structure équiaxiale ou bimodale qui confère aux TC4, TC6 et TC11 leur combinaison de résistance à la traction, de résistance à la fatigue et de ténacité à la rupture. TA13, étant un alliage alpha à faible teneur en -, est travaillé dans une bande inférieure car son transus est proportionnellement faible.

Degré de déformation, pratique de chauffage et de transfert

Respecter la déformation admissible par passe. Pour TA7, la plage acceptée est de 30 - 50 % ; le dépasser d’un seul coup produit des fissures de cisaillement internes invisibles sur la surface finie.

Chauffez lentement à travers le champ alpha+bêta. Un fort gradient thermique entre la surface et le noyau provoque des fissures sous contrainte thermique lors de la rupture des gros lingots.

Limitez la durée du four. Des maintiens prolongés au-dessus de 600 degrés créent un boîtier alpha riche en oxygène-qui doit ensuite être retiré par usinage ; un temps de maintien excessif grossit également les grains bêta au-dessus du transus.

Gardez le temps de transfert court. Étant donné que le titane perd lentement de la chaleur mais que la température de surface chute rapidement contre les matrices froides, la fenêtre de contact de la matrice est courte ; la pratique en atelier consiste à déplacer les petites billettes du four vers la presse dans les quelques secondes disponibles et à préchauffer les matrices-.

Utilisez des revêtements anti-oxydation et des lubrifiants à base de verre-anti-sur les billettes destinées au forgeage à la presse, et retirez-les avant le traitement thermique ou le soudage.

Ne terminez jamais en dessous d'environ 700 degrés. En dessous de ce niveau, les contraintes d'écoulement augmentent fortement et le risque de déchirure superficielle devient inacceptable pour les cinq qualités.

Traiter thermiquement après forgeage conformément aux spécifications de forgeage applicables ; les pièces forgées en alliage de titane sont généralement fournies conformément à la norme ASTM B381 ou à la norme nationale équivalente, avec la qualité et l'état de l'alliage indiqués sur le certificat.

Idées fausses courantes

"Plus chaud est toujours plus facile."Au-dessus du transus, le titane s'écoule plus facilement, mais la croissance des grains bêta n'est pas inversée par un travail ultérieur et la pièce finie peut ne pas répondre aux exigences de ténacité.

"Le forgeage bêta donne toujours de meilleures propriétés."Le travail bêta convient à certaines pièces-sections épaisses et-tolérantes aux dommages, mais il s'agit d'un processus délibéré avec refroidissement contrôlé, et non d'un raccourci pour les matrices difficiles-à-remplissage.

"Une fenêtre pour tous les niveaux."TC4, TC6 et TC11 se ressemblent sur le papier mais leurs valeurs transus, leur teneur en aluminium et leurs ajouts de silicium déplacent les bandes pratiques.

"Le réglage du four est égal à la température de la billette."Une mauvaise conductivité signifie que le noyau peut être en retard par rapport à la surface de plusieurs dizaines de degrés ; le calendrier doit être rédigé autour de la température mesurée de la billette.

"Le cas Alpha peut être falsifié."La couche durcie et enrichie en oxygène- doit être éliminée mécaniquement ; le forger dans la surface enterre une couche fragile dans la pièce finie.

FAQ

Q : Quelle est la température de forgeage de l’alliage de titane TC4 ?
TC4 (Ti-6Al-4V) est normalement décomposé de 1 200 à 850 degrés, préformé entre 1 000 et 800 degrés et fini forgé entre 980 et 800 degrés, la dernière passe se terminant en dessous de son transus bêta de 980 - 1010 degrés.

Q : Pourquoi le transus bêta est-il si important ?
Il sépare le champ alpha+bêta du champ bêta, il définit donc si une passe affine ou grossit la structure. La température de forgeage, la température de finition et la vitesse de refroidissement sont toutes écrites par rapport à celle-ci.

Q : Le Ti-5Al-2.5Sn est-il forgé au-dessus de son transus ?
Uniquement pour la décomposition des lingots. Les étapes de production du TA7 sont réalisées dans le champ alpha+bêta afin que la phase alpha reste le constituant dominant dans le forgeage fini.

Q : Quel degré de déformation est autorisé en un seul passage ?
Pour TA7, le chiffre accepté est de 30 - 50 %. Pour les qualités alpha+bêta, la réduction autorisée dépend de la conception de la matrice, de la capacité de la presse et de la section de la billette, et est définie au cours du processus plutôt que par un nombre universel unique.

Q : Que se passe-t-il si un forgeage est terminé à une température inférieure à 700 degrés ?
La contrainte d'écoulement augmente fortement et le matériau perd sa ductilité. Des déchirures de surface et des fissures internes deviennent probables et le défaut ne peut pas être réparé par un traitement thermique ultérieur.

Q : Le même calendrier s’applique-t-il aux barres et aux grandes pièces forgées ?
Non. Les grandes sections nécessitent un chauffage plus lent, des prises d'égalisation plus longues et des réductions par passage plus faibles, car la différence de température entre la surface et le noyau est beaucoup plus grande.