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WO2017017341A1 - Procédé de formation d'un objet plat métallique à grains ultrafins - Google Patents

Procédé de formation d'un objet plat métallique à grains ultrafins Download PDF

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WO2017017341A1
WO2017017341A1 PCT/FR2016/051847 FR2016051847W WO2017017341A1 WO 2017017341 A1 WO2017017341 A1 WO 2017017341A1 FR 2016051847 W FR2016051847 W FR 2016051847W WO 2017017341 A1 WO2017017341 A1 WO 2017017341A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
zone
section
exit
bar
extrusion
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2016/051847
Other languages
English (en)
Inventor
Yakiv BEYGELZIMER
Laszlo Toth
Jean-Jacques FUNDENBERGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority to EP16757278.3A priority Critical patent/EP3297776B1/fr
Publication of WO2017017341A1 publication Critical patent/WO2017017341A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/001—Extruding metal; Impact extrusion to improve the material properties, e.g. lateral extrusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C23/00—Extruding metal; Impact extrusion
    • B21C23/02—Making uncoated products
    • B21C23/04—Making uncoated products by direct extrusion
    • B21C23/06—Making sheets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21C—MANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES, PROFILES OR LIKE SEMI-MANUFACTURED PRODUCTS OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C25/00—Profiling tools for metal extruding
    • B21C25/02—Dies

Definitions

  • the present invention relates to a method of forming a flat object such as a sheet with a material having an ultrafine grain structure.
  • references in brackets ([]) refer to the list of references at the end of the text.
  • the ability to produce objects with an ultra-fine grain metal material is well established with severe plastic deformation methods such as equal-section angular extrusion, multi-axis deformation, extrusion-torsion, high-pressure twisting or rolling. multipass. Reducing the size of the grains to sub-micron or nanometric sizes has the effect of giving the metal material a high yield strength, satisfactory ductility, good resistance to fatigue, low temperatures and wear. This has been observed with many metals or metal alloys, whether steels, alloys based on titanium, aluminum, magnesium or lithium.
  • microstructural changes are induced by very large plastic deformations imposed on a sample, a factor often greater than 3.
  • the sample is pressed against a rough wall and rotated to a stop wall where it undergoes deformation by being pushed radially.
  • a continuous shearing process is shown by publications [7] and [8] in which continuous web material is forced by a pair of rolls into a die with a side exit.
  • the document [10] proposes a method in which part of an original part is cut on the surface and channeled in a radial space. Such a method does not make it possible to control the static pressure on the material and cracks can be created along sliding planes.
  • the document [1 1] shows an extrusion process whose output is not symmetrical. Such a method does not achieve high levels of deformation.
  • the aim of the invention is to propose a method for producing parts having an ultrafine grain microstructure, obtained by plastic deformation severe, which is quick to implement and can be implemented with moderate efforts.
  • the subject of the invention is a process for forming a part in which a metallic material undergoes severe plastic deformation in order to confer on it an ultra-fine grain structure, into which a bar of said material is introduced into a matrix in an insertion direction, the matrix having an entry area with a cross-section with the section of the bar and an exit zone, the exit zone being oriented in a lateral exit direction with respect to the direction method for extracting the transformed material, the method being characterized in that, the matrix having an extrusion zone having the same direction as the input zone and of smaller size than the input zone in the exit direction in a ratio between 0.75 and 1 excluded, a transition zone comprising a transition face downstream of the exit zone and making the transition between the zone of In the extrusion zone, the extrusion zone is extruded, the transition face creating a pressure to push a portion of the material through the exit zone and extracting the converted material into sheet form.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain a very fine product even starting from a bar of large section.
  • the efforts to provide are relatively limited since it is not necessary to deform the entire section of the bar, but only a part.
  • the deformations obtained are of a great magnitude, so that the sheet obtained does not need to be worked again: an ultrafine grain structure is obtained directly.
  • the process can be applied to many metallic materials. For example, pure metals or metal alloys, whether steels, alloys based on titanium, aluminum, magnesium or lithium, are used.
  • the matrix is chosen so that: with:
  • ⁇ section reduction ratio between the output section and the input section; the angle between the insertion direction and the transition face; t a / h where 2a is the width of the exit zone and h is the difference in size between the entry zone and the exit zone; and m is the coefficient of friction between the material and the transition face.
  • the process according to the invention does not occur if certain conditions are not met. In particular, it would be possible to obtain a simple extrusion without the material flowing towards the exit zone if the hydrostatic pressure is not sufficient. The conditions described above are sufficient to ensure, even in the absence of back pressure, that the material flows to the exit zone to form the sheet. This relationship shows the conditions are more conducive if the reduction ratio ⁇ decreases, if the angle increases or if the ratio t decreases.
  • the matrix and the back pressure are chosen so that: with:
  • ⁇ section reduction ratio between the output section and the input section; the angle between the insertion direction and the transition face; t a / h where 2a is the width of the exit zone and h is the difference in size between the entry zone and the exit zone;
  • m is the coefficient of friction between the material and the transition face
  • p bp is the back pressure
  • k is the elastic limit in shear of the material.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a longitudinal sectional matrix in which the method according to a first embodiment of the invention is implemented;
  • FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 for a second embodiment of the invention:
  • FIG. 3 is a view of a detail of FIG. 1, also common to FIG. 2, without implementation of the method according to the invention;
  • FIG. 4 is a view similar to FIG. 3 with implementation of the method according to the invention.
  • FIGS. 5a and 5b are diagrams representing the operating conditions of the method according to the first embodiment
  • Figures 6a and 6b are diagrams similar to those of Figures 5a and 5b according to the operating conditions of the second embodiment of the method;
  • FIG. 7 is a diagram showing the evolution of a von Mises deformation for the sheet
  • FIG. 8 is a side photo of a bar of which the sheet is manufactured.
  • the sheet forming method according to the invention is implemented in a tool comprising a die 1 and a first piston 2 for pushing a bar 3 in the die 1.
  • the bar 3 is made of a metal material with which it is desired to manufacture the sheet 4 after its structural transformation to obtain an ultrafine grain structure.
  • the matrix 1, shown in FIG. 1 in longitudinal section in an insertion direction, comprises an input zone 1 1 able to receive a bar 3 of said material in the insertion direction F, a transition zone 12, a outlet zone 13 and an extrusion zone 14.
  • the outlet zone 13 is oriented in a lateral outlet direction with respect to the introduction direction F.
  • the extrusion zone 14 is in the extension of the zone of 1 1 entry, but with a dimension, considered as a height, less on the side of the exit zone 13.
  • the respective heights of the extrusion zone 14 and the entry zone 1 1 are in a ratio between 0 , 75 and 1 excluded.
  • the section is rectangular, the different areas of the matrix 1 having an equal width in the direction perpendicular to the cutting plane.
  • the transition zone 12 has a transition face 120 downstream of the output zone 13 by making the transition between the input zone 11 and the extrusion zone 14.
  • the transition face 120 is inclined at an angle has compared to the direction of introduction F.
  • the first piston 2 has substantially the same section as the input zone 1 1 and is able to push the bar 3 in the insertion direction F through the die 1.
  • the bar 3 also has a section adjusted to that of the entry zone 1 1.
  • the bar 3 is introduced through the inlet zone 1 1, the first piston 2 is actuated, the bar 3 is extruded through the extrusion zone 14 at the same time as a sheet 4 by a portion of the material of the bar 3 which flows through the exit zone 13.
  • the first piston 2 By forcing the passage of the bar 3 with a force F, the first piston 2 induces the passage of the initial thickness H 0 of the bar 3 at a reduced height of H 0 -h. In the transition zone 12, a large pressure is induced so that the outer portion of the bar 3 flows into the exit zone 13 and forms the sheet 4 with a thickness 2a. In fluent, the material undergoes severe plastic deformation, which gives it the desired ultrafine grain structure properties.
  • the pressure applied by the first piston 2 P a can be expressed by: with ⁇ the section reduction ratio between the output section and the input section; The angle between the insertion direction F and the transition face 120; m is the coefficient of friction between the material and the transition face 120; k is the elastic limit in shear of the material; w r is a friction power of the bar 3 against the entry zone 1 1; and V 0 is the speed of movement of the first piston 2.
  • a discontinuity of the velocity field is considered along an upstream line AB and a downstream line AC, in the sectional view. longitudinal.
  • the point A is the vertex of the angle between the entry zone 11 and the exit zone 13
  • the point C is the vertex of the angle between the exit zone 13 and the transition face 120
  • the point A is substantially the intersection between the axis of the exit zone 13 and the projection along the insertion direction F of the vertex of the angle between the transition face 120 and the extrusion zone 14.
  • FIG. 7 The evolution of e u , the equivalent deformation in the von Mises direction, as a function of t is shown in FIG. 7. This figure shows that for thin sheets and sheets, von Mises deformation is characteristic of deformation processes. severe plastic.
  • the tooling is completed by a second piston 5 able to exert a counter-pressure on the end of the bar 3 in the extrusion zone 14.
  • Thickness of the sheet produced 0.7 mm
  • Size of grain in the sheet 610 nm.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Extrusion Of Metal (AREA)

Abstract

Procédé de formation d'un objet plat métallique à grains ultrafins Selon un procédé de formation d'une pièce, un matériau métallique subit une déformation plastique sévère. Pour cela,on introduit une barre (3) dudit matériau dans une matrice (1) selon une direction d'introduction (F), la matrice (1) comportant une zone d'entrée (11) avec une section en concordance avec la section de la barre (3) et une zone de sortie (13), la zone de sortie (13) étant orientée dans une direction de sortie latérale.La matrice (1) comporte une zone d'extrusion (14) ayant la même direction que la zone d'entrée (11) et de dimension moindre que la zone d'entrée (11),et une face de transition (120) en aval de la zone de sortie (13). On extrude la barre (3) à travers la zone d'extrusion (14), la face de transition (120) créant une pression pour pousser une partie du matériau à travers la zone de sortie (13) et extraire le matériau transformé en forme de tôle (4).

Description

PROCÉDÉ DE FORMATION D'UN OBJET PLAT MÉTALLIQUE A
GRAINS ULTRAFINS
Domaine technique
La présente invention concerne un procédé de formation d'un objet plat tel qu'une tôle avec un matériau ayant une structure à grains ultrafins.
Dans la description ci-dessous, les références entre crochets ([ ]) renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte.
État de la technique
La possibilité de produire des objets avec un matériau métallique à grains ultrafins est bien établie avec des méthodes de déformation plastique sévère telles que l'extrusion angulaire à section égale, la déformation multiaxes, l'extrusion-torsion, la torsion haute pression ou le laminage multipasses. La réduction de la taille des grains à des tailles sub- micromètriques ou nanométriques a pour effet de conférer au matériau métallique une haute limite élastique, une ductilité satisfaisante, une bonne résistance à la fatigue, aux basses températures et à l'usure. Ceci a été observé avec de nombreux métaux ou alliages métalliques, que ce soit des aciers, des alliages à base de titane, d'aluminium, de magnésium ou de lithium.
Lors de la mise en œuvre d'une déformation plastique sévère, des changements microstructurels sont induits par des déformations plastiques très importantes imposées à un échantillon, d'un facteur souvent supérieur à 3.
La méthode la plus courante est celle du laminage [1 ]. Elle nécessite de réaliser de nombreuses passes successives, chacune réduisant l'épaisseur totale une tôle. Ce procédé est long à mettre en œuvre ou nécessite des installations coûteuses et encombrantes. Les mêmes remarques s'appliquent à un procédé apparenté de colaminage cumulatif (accumulated roll bonding en anglais) détaillé dans le document [2].
Une autre technique permettant de travailler sur de plus petits échantillons est une technique d'extrusion angulaire à section constante dans laquelle un échantillon est forcé à travers une matrice comportant un canal en angle, par exemple en angle droit. Cette technique, correspondant au préambule de la revendication principale, nécessite de mettre en œuvre des forces très importantes et rend la conception et la fabrication de la matrice très délicate. Les références [3], [4] et [5] sont des documents qui exposent cette méthode.
Dans une variante de cette méthode montrée dans le document [6], l'échantillon est plaqué contre une paroi rugueuse et entraîné en rotation jusqu'à une paroi formant butée où il subit une déformation en étant repoussé radialement.
Un procédé de cisaillement continu est montré par les publications [7] et [8] dans lequel un matériau en bande continu est forcé par une paire de rouleaux dans une matrice avec une sortie latérale.
Dans le procédé du document [9], une bande continue est soumise répétitivement à des déformations ondulées puis à des redressements.
Le document [10] propose une méthode dans laquelle une partie d'une pièce d'origine est découpée en surface et canalisée dans un espace radial. Une telle méthode ne permet pas de contrôler la pression statique sur le matériau et des fissures peuvent se créer le long de plans de glissement.
Le document [1 1 ] montre un procédé d'extrusion dont la sortie n'est pas symétrique. Un tel procédé ne permet pas d'atteindre de hauts niveaux de déformation.
Description de l'invention
L'invention vise à proposer un procédé de production de pièces ayant une microstructure à grains ultrafins, obtenue par déformation plastique sévère, qui soit rapide à mettre en œuvre et pouvant être mis en œuvre avec des efforts modérés.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un procédé de formation d'une pièce dans lequel un matériau métallique subit une déformation plastique sévère afin de lui conférer une structure à grains ultrafins, dans lequel on introduit une barre dudit matériau dans une matrice selon une direction d'introduction, la matrice comportant une zone d'entrée avec une section en concordance avec la section de la barre et une zone de sortie, la zone de sortie étant orientée dans une direction de sortie latérale par rapport à la direction d'introduction pour extraire le matériau transformé, le procédé étant caractérisé en ce que, la matrice comportant une zone d'extrusion ayant la même direction que la zone d'entrée et de dimension moindre que la zone d'entrée dans la direction de sortie dans un rapport compris entre 0,75 et 1 exclu, une zone de transition comportant une face de transition en aval de la zone de sortie et effectuant la transition entre la zone d'entrée et la zone d'extrusion, on extrude la barre à travers la zone d'extrusion, la face de transition créant une pression pour pousser une partie du matériau à travers la zone de sortie et extraire le matériau transformé en forme de tôle.
Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un produit très fin même en partant d'une barre de section importante. Pour autant, les efforts à fournir sont relativement limités puisqu'il n'est pas nécessaire de déformer l'ensemble de la section de la barre, mais uniquement une partie. Par ailleurs les déformations obtenues sont d'une grande ampleur, de telle sorte que la tôle obtenue n'a pas besoin d'être travaillée à nouveau : une structure à grains ultrafins est obtenue directement. Le procédé peut s'appliquer à de nombreux matériaux métalliques. On utilise par exemple des métaux purs ou des alliages métalliques, que ce soit des aciers, des alliages à base de titane, d'aluminium, de magnésium ou de lithium.
Selon une variante du procédé, on exerce en outre une contre- pression dans la zone d'extrusion. Cette contre-pression provoque une augmentation de la pression hydrostatique au niveau de la zone de transition, ce qui assure plus sûrement que le matériau flue vers la zone de sortie. Elle constitue un paramètre supplémentaire du procédé sur lequel on peut agir pour mettre en œuvre le procédé.
De manière préférentielle, la matrice est choisie pour que :
Figure imgf000005_0001
avec :
Ψ le rapport de réduction de section entre la section de sortie et la section d'entrée ; l'angle entre la direction d'introduction et la face de transition ; t = a/h où 2a est la largeur de la zone de sortie et h est la différence de dimension entre la zone d'entrée et la zone de sortie ; et m est le coefficient de frottement entre le matériau et la face de transition. Le procédé selon l'invention ne se produit pas si certaines conditions ne sont pas remplies. En particulier, on pourrait obtenir une simple extrusion sans que le matériau flue vers la zone de sortie si la pression hydrostatique n'est pas suffisante. Les conditions exposées ci-dessus sont suffisantes pour garantir, même en l'absence de contre-pression, que le matériau flue vers la zone de sortie pour former la tôle. Cette relation montre les conditions sont plus propices si le rapport de réduction Ψ diminue, si l'angle augmente ou si le rapport t diminue.
Dans le cas de l'exercice d'une contre-pression, la matrice et la contre-pression sont choisis pour que :
Figure imgf000006_0001
avec :
Ψ le rapport de réduction de section entre la section de sortie et la section d'entrée ; l'angle entre la direction d'introduction et la face de transition ; t =a/h où 2a est la largeur de la zone de sortie et h est la différence de dimension entre la zone d'entrée et la zone de sortie ;
m est le coefficient de frottement entre le matériau et la face de transition ;
pbp est la contre-pression ; et k est la limite élastique en cisaillement du matériau.
Cette relation montre que l'exercice de la contre-pression facilite le procédé selon l'invention en autorisant une large plage de choix pour les autres paramètres tels que l'angle a, le rapport t ou le rapport de réduction de section.
Brève description des figures
L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une matrice en coupe longitudinale dans laquelle le procédé selon un premier mode de réalisation de l'invention est mis en œuvre ;
- la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 pour un deuxième mode de réalisation de l'invention : - la figure 3 est une vue d'un détail de la figure 1 commun également à la figure 2, sans mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 avec mise en œuvre du procédé selon l'invention ;
- les figures 5a et 5b sont des diagrammes représentant les conditions de fonctionnement du procédé selon le premier mode de réalisation ;
- les figures 6a et 6b sont des diagrammes similaires à ceux des figures 5a et 5b selon les conditions de fonctionnement du deuxième mode de réalisation du procédé ;
- la figure 7 est un diagramme montrant l'évolution d'une déformation de von Mises pour la tôle ;
- la figure 8 est une photo de côté d'une barre de laquelle la tôle est fabriquée.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE Le procédé de formation de tôle selon l'invention est mis en œuvre dans un outillage comprenant une matrice 1 et un premier piston 2 permettant de pousser une barre 3 dans la matrice 1 .
La barre 3 est réalisée dans un matériau métallique avec lequel on souhaite fabriquer la tôle 4 après sa transformation de structure pour obtenir une structure à grains ultrafins.
La matrice 1 , montrée sur la figure 1 en coupe longitudinale selon une direction d'introduction, comporte une zone d'entrée 1 1 apte à recevoir une barre 3 dudit matériau selon la direction d'introduction F, une zone de transition 12, une zone de sortie 13 et une zone d'extrusion 14. La zone de sortie 13 est orientée dans une direction de sortie latérale par rapport à la direction d'introduction F. La zone d'extrusion 14 est dans le prolongement de la zone d'entrée 1 1 , mais avec une dimension, considérée comme une hauteur, moindre du côté de la zone de sortie 13. Les hauteurs respectives de la zone d'extrusion 14 et de la zone d'entrée 1 1 sont dans un rapport compris entre 0,75 et 1 exclu. Dans l'exemple considéré, la section est rectangulaire, les différentes zones de la matrice 1 ayant une largeur égale dans la direction perpendiculaire au plan de coupe.
La zone de transition 12 comporte une face de transition 120 en aval de la zone de sortie 13 en effectuant la transition entre la zone d'entrée 1 1 et la zone d'extrusion 14. La face de transition 120 est inclinée d'un angle a par rapport à la direction d'introduction F.
Le premier piston 2 a sensiblement la même section que la zone d'entrée 1 1 et est apte à pousser la barre 3 dans la direction d'introduction F à travers la matrice 1 . La barre 3 a également une section ajustée à celle de la zone d'entrée 1 1 .
Selon le procédé de l'invention, on introduit la barre 3 par la zone d'entrée 1 1 , on actionne le premier piston 2, on extrude la barre 3 à travers la zone d'extrusion 14 en même temps qu'on extrait une tôle 4 par une partie du matériau de la barre 3 qui flue à travers la zone de sortie 13.
En forçant le passage de la barre 3 avec une force F, le premier piston 2 induit le passage de l'épaisseur initiale H0 de la barre 3 à une hauteur réduite de H0-h. Dans la zone de transition 12, une grande pression est induite de telle sorte que la partie externe de la barre 3 flue dans la zone de sortie 13 et forme la tôle 4 avec une épaisseur 2a. En fluant, la matière subit une déformation plastique sévère, ce qui lui confère les propriétés de structure à grains ultrafins souhaitée.
Afin de déterminer les conditions dans lesquelles le procédé se produit, selon la théorie des majorants, on considère deux cas : deux champs de vitesse admissible cinématiquement, l'un qui simule l'extrusion directe à travers la matrice 1 (vers la zone d'extrusion 14), représenté sur la figure 3, l'autre avec la formation de la tôle 4, représenté sur la figure 4.
Dans le cas de la figure 3, on établit que la pression appliquée par le premier piston 2 Pa peut s'exprimer par :
Figure imgf000008_0001
avec Ψ le rapport de réduction de section entre la section de sortie et la section d'entrée ; « l'angle entre la direction d'introduction F et la face de transition 120 ; m est le coefficient de frottement entre le matériau et la face de transition 120 ; k est la limite élastique en cisaillement du matériau ; w r est une puissance de frottement de la barre 3 contre la zone d'entrée 1 1 ; et V0 est la vitesse de déplacement du premier piston 2.
Pour évaluer la pression q en fonctionnement entre la barre 3 et la face de transition 120, on écrit l'équilibre des forces exercées sur la barre 3, en omettant les forces de frottement :
PaH0 = qh . (2)
En remplaçant/^ , on obtient :
q = 2 1η(ΐ - ψ) | tan or
k Ψ Ψ
Pour les petits rapports de réduction de section (Ψ < 0.2 ), on admet que :
1η(1 - Ψ) ¾ -Ψ
d'où : i = 2 + . (4) k Ψ Cette relation montre que la diminution du rapport de section Ψ induit une augmentation de la pression locale q de manière hyperbolique.
Ainsi, une petite réduction de section induit une forte pression dans la zone de transition 12.
Afin de déterminer dans quelles conditions la formation de la tôle 4 peut avoir lieu, on exprime la pression Pb appliquée par le premier piston 2 pour le cas de la figure 4 :
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0002
La formation de la tôle 4 a lieu à condition que :
Pb < Pa - (6)
En définissant :
Figure imgf000010_0003
la formation de la tôle 4 a lieu à condition que^ < i , sinon c'est le scénario de la figure 3 qui se passe.
Pour calculer la déformation plastique lors de la formation de la tôle 4, en référence à la figure 4, on considère une discontinuité du champ de vitesse le long d'une ligne amont AB et d'une ligne aval AC, dans la vue en coupe longitudinale. Le point A est le sommet de l'angle entre la zone d'entrée 1 1 et la zone de sortie 13, le point C est le sommet de l'angle entre la zone de sortie 13 et la face de transition 120, et le point A est sensiblement l'intersection entre l'axe de la zone de sortie 13 et la projection selon la direction d'introduction F du sommet de l'angle entre la face de transition 120 et la zone d'extrusion 14. La déformation de cisaillement sur ces lignes est définie par la formule :
(8)
V ' n
où AVT est le différentiel des composantes de vitesse tangentielle vn est la composante normale de vitesse sur la ligne de discontinuité. On en déduit l'expression de la déformation totale lors de la formation de la tôle 1
(9)
En utilisant maintenant la formule de déformation équivalente de von
Mises , on obtient :
3
Figure imgf000011_0001
L'évolution de eu , la déformation équivalente dans le sens von Mises, en fonction de t est montrée sur la figure 7. Cette figure montre que pour les tôles fines et les feuilles, la déformation de von Mises est caractéristique des procédés de déformation plastique sévère.
Les isolignes de χ sont montrées sur les figures 5a et 5b, respectivement pour un angle a de 30° et de 60°. Le domaine Da, Db dans lequel la formation de la tôle 4 a lieu est représenté en grisé, au-dessus de la ligne χ = \ .
Selon un deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 2, l'outillage est complété par un deuxième piston 5 apte à exercer une contre-pression sur l'extrémité de la barre 3 dans la zone d'extrusion 14.
On peut ainsi contrôler la pression hydrostatique lors de la formation de la tôle. La force exercée par le deuxième piston est nommée Fbp . De la même manière que précédemment, on établit que :
Figure imgf000011_0002
(1 1 )
Figure imgf000011_0003
(12) où pbp = Fbp/s , et s est la section de la zone d'extrusion 14. Le paramètre χ' utilisant Pb a maintenant la forme :
Figure imgf000012_0001
Les isolignes de χ pour Pbp = 2k sont montrées sur les figures 6a et 6b, respectivement pour un angle a de 30° et de 60°. Le domaine Da', Db' dans lequel la formation de la tôle 4 a lieu est représenté en grisé, au- dessus de la ligne χ'= 1 .
Il en ressort clairement que l'application d'une contre-pression étend le domaine Da', Db' dans lequel la formation de la tôle 4 a lieu par comparaison avec le cas sans contre-pression.
Exemple 1
Par l'extrusion d'une barre 3 d'aluminium commercialement pur par le procédé inventé, les résultats suivants ont été obtenus :
Matériau : Al 1050
Dureté initiale: 44 HV
Taille de grain initiale: 200 μιτι
L'extrusion a été conduite à température ambiante selon le procédé de l'invention tel que décrit précédemment, en utilisant une contre pression. On a ainsi obtenu une tôle ayant les caractéristiques suivantes :
Epaisseur de la tôle produite : 0,7 mm
Dureté de la tôle : 108 HV
Déformation plastique estimée dans la tôle : γ= 8.1
Taille de grain dans la tôle : 610 nm.
Exemple 2
L'extrusion d'aluminium commercialement pur a été conduite à température ambiante selon le procédé de l'invention tel que décrit précédemment, avec une pression de 300 kN en utilisant une contre pression de 100 kN . On a ainsi obtenu une tôle d'épaisseur 1 ,5 mm, telle qu'illustrée par la photo de la figure 8.
Listes des références
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US 2013/0055783 A1

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de formation d'une pièce dans lequel un matériau métallique subit une déformation plastique sévère afin de lui conférer une structure à grains ultrafins, dans lequel on introduit une barre (3) dudit matériau dans une matrice (1 ) selon une direction d'introduction (F), la matrice (1 ) comportant une zone d'entrée (1 1 ) avec une section en concordance avec la section de la barre (3) et une zone de sortie (13), la zone de sortie (13) étant orientée dans une direction de sortie latérale par rapport à la direction d'introduction (F) pour extraire le matériau transformé, le procédé étant caractérisé en ce que, la matrice (1 ) comportant une zone d'extrusion (14) ayant la même direction que la zone d'entrée (1 1 ) et de dimension moindre que la zone d'entrée (1 1 ) dans la direction de sortie dans un rapport compris entre 0,75 et 1 exclu, une zone de transition (12) comportant une face de transition (120) en aval de la zone de sortie (13) et effectuant la transition entre la zone d'entrée (1 1 ) et la zone d'extrusion (14), on extrude la barre (3) à travers la zone d'extrusion (14), la face de transition (120) créant une pression pour pousser une partie du matériau à travers la zone de sortie (13) et extraire le matériau transformé en forme de tôle (4).
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel on exerce en outre une contre-pression dans la zone d'extrusion (14).
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la matrice (1 ) est choisie pour que
X 1
Figure imgf000015_0001
avec :
Ψ le rapport de réduction de section entre la section de sortie et la section d'entrée ; a l'angle entre la direction d'introduction (F) et la face de transition (120) ; t =a/h où 2a est la largeur de la zone de sortie (13) et h est la différence de dimension entre la zone d'entrée (1 1 ) et la zone de sortie (13) ; et m est le coefficient de frottement entre le matériau et la face de transition (120).
4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la matrice (1 ) et la contre-pression sont choisis pour que :
Figure imgf000016_0001
sin a J k avec : Ψ le rapport de réduction de section entre la section de sortie et la section d'entrée ; a l'angle entre la direction d'introduction (F) et la face de transition (120) ; t =a/h où 2a est la largeur de la zone de sortie (13) et h est la différence de dimension entre la zone d'entrée (1 1 ) et la zone de sortie (13) ;
m est le coefficient de frottement entre le matériau et la face de transition (120) ;
pbp est la contre-pression ; et k est la limite élastique en cisaillement du matériau.
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