Brevet FR2004410A1 — publié le 19691121

i 2004410 La présente invention concerne an procédé pour mettre en forme des alliages de métaux possédant une superplasticité. Un article intitulé "Superplasticity in an alloy Al-Znw par W.A. Backofen, I.R. Turner et D.A. Avery, qui a été publié 5 dans les travaux de American Society of Metals, volume 57, 1964, pages 980 à 990 décrit un procédé pour mettre en forme des métaux superplastiques par des techniques de formation empruntées à un traitement de polymères et du verre» De plus, une de ces techniques de formation utilisant la pression d'un fluide est 10 exposée dans le "brevet américain 3»340.101 qui décrit un procédé pour former des ébauches de métaux superplastiques contre une surface d'une matrice en chauffant l'ébauche jusqu'à une température à laquelle elle est superplastique, puis en formant l'ébauche sous pression ou sous vide pour lui donner la forme de 15 la matrice. Par comparaison avec une mise en forme sous vide ou sous pression d'une matière plastique synthétique thermoplastique et par comparaison avec une mise en forme à la presse d'ébauches en métaux classiques, la mise en forme d'alliages de métaux su-20 perplastiques tend normalement à Stre une opération relativement lente, principalement parce qu'il ne faut pas dépasser l'allure de contrainte critique de la matière au-dessus de laquelle elle ne se comporte pas d'une manière superplastique. De plus, il peut s'écouler un temps considérable avant que 25 le métal superplastique formé puisse Ôtre détaché de l'outil de mise en forme et être manipulé* Ce retard provient du fait que, bien que le métal formé soit à une température à laquelle/possède une superplasticité, il est exceptionnellement vulnérable à une déformation et, par conséquent, il faut le laisser refroidir 30 avant de le manipuler ultérieurement ; du fait que les outils de mise en forme se comportent comme des accumulateurs de chaleur, le temps de refroidissement est excessivement long pour une production industrielle rentable. Conformément à la présente invention, après que le métal 35 superplastique a été formé, on le chauffe jusqu'à une température au-dessus de la gamme à laquelle il possède une superplasticité avant de le détacher de l'outil de mise en forme et/ou de le traiter ultérieurement. le chauffage du métal superplastique formé lui permet de 40 mieux résister à une déformation permanente que lorsqu'il se 69 08104 2 2004410 trouve à ,1a température de mise en forme , et le métal superplastique formé peut généralement être chauffé jusqu'à une température à laquelle il résiste suffisamment à une déformation permanente plus rapidement que si on refroidissait le métal jusqu'à 5 une température à laquelle il aurait une résistance similaire à une déformation permanente* De plus, dans le cas normal où. le métal formé a un coefficient de dilatation thermique plus élevé que l'outil de mise en forme, le chauffage ultérieur dilate le métal formé plus que l'outil, et de ce fait tend à libérer le 10 métal de l'outil, tandis que le refroidissement, dans de nombreux cas, tend à contracter le métal formé sur l'outil de mise en forme* En outre, le chauffage ultérieur présente l'avantage supplémentaire de maintenir l'outil de mise en forme à une température de mise en forme appropriée, tandis que si le métal for-15 mé et, par suite, l'outil de mise en forme sont refroidis pour rendre le métal formé suffisamment résistant à une déformation, il se produit d'autres retards dans la production, tandis que l'outil de mise en forme est réchauffé jusqu'à la température de mise en forme avant qu'on puisse former une autre ébauche ou 20 un élément analogue. On va maintenant décrire l'invention à titre illus-tratif et non limitatif en se référant au dessin annexé, sur lequel : la fig* 1 est une coupe transversale schématique d'un 25 appareil de mise en forme sous vide ; la fig. 2 est une coupe transversale schématique d'un appareil de mise en forme sous pression* EXEMPLE On soumet un spécimen d'un alliage eutectique zia>-alu-30 minium sous forme d'une éprouvette normalisée d'essai à la traction pour des profilés ronds dans un appareil appelé tenàtamètre Hounsfield, type n® 14 à un essai de contrainte de fluage à diverses températures dans cet appareil comportant une traverse déplacée à raison de 3,17 mm par minute. 35 les résultats des essais sont mentionnés ci-après. Température Contrainte de fluage initiale 270°C 0,448 kg/mm 290°C 0,868 kg/mm2 310°C 3,339 kg/am2 40 320°C 2,282 fcg/nua2 69 08104 3 2004410 Etant donné que la résistance à la déformation se rapporte à la contrainte de fluage, on peut voir que la résistance à la déforaiion augmente de façon notable jusqu'à 310PC poux cet alliage* 5 On va maintenant se référer à la figure 1 où. l'on peut voir que l'appareil comprend une boite à matrices 11 dans laquelle est monté un outil de mise en forme constitué par une matrice ou moule 12 comportant des passages de dégagement 13* ïïne bague d'étanchéité 14 bloque à la boîte à matrices 11 une 10 ébauche 15 d'un alliage euteotique Zn-Al qui a été traité de manière à présenter une superplasticité* la boîte à matrices 11 est reliée par une canalisation 16 à une source de vide ainsi qu'à une sooroe d'air comprimé par des soupapes de commande appropriées (non représentées). 15 L'appareil de chauffage, désigné dans son ensemble par 17,est constitué par des rangées de dispositifs de chauffage éleotriqaes en oéramique tels que 18 montés en dessous d'une plaque réfleotrioe en aluminium 19 et d'une plaque calorifuge 20 en amiante* Le dispositif de chauffage 17 est suspendu sur des 20 câbles 21 passant sur des poulies 22 et il est relié à un contre poids 23, ce qui permet de le rappeler facilement. Sans la mise en oeuvre de la présente invention on mem$e l'ébauche 15 oomme représenté, os abaisse le dispositif de ohavffage 17 et on le met sous tension pour porter la tem-25 pérature de 1'ébauche 15 à 275*C, et ensuite on maintient cette température au moyen d'mn thermostat approprié. On fait alors feietiemaer les soupapes de commande d'une manière connue pour faire eemmuniqaer la boîte à matrices 11 avec la source de vide et, de ce fait, former sous vide l'ébauche 15 pour lui donner 30 la forme de la surface de la matrice 12. fendant l'opération de mise en forme sous vide, on règle les soupapes de commande de manière que l'allure de la oontrainte critique de la matière de l'ébauche 15 ne soit pas dépassée, et l'opération prend normalement un minimum de temps 35 d'environ 5 à 4 minutes. Lorsque la mise en forme est terminée* on actionne les soupapes de commande pour séparer la boîte à matrices 11 de la source de vide, et l'on pousse plus loin le thermostat commandant le dispositif de chauffage 17 pour que ce dernier atteigne la température de l'ébauche formée* On libère 40 les pièces de fixation autour de la bague d'étanchéité 14 et 69 08104 4 2004410 l'on enlève la bague d'étanchéité, puis lorsque la température de l'ébauche formée a atteint environ 310°C, on actionne les soupapes de commande pour admettre un jet'd'air comprimé dans la boîte à matrices 11, afin de démouler de la matrice 12 l'ébauche 5 formée. On arrête alors le dispositif de chauffage 17 et on le soulève, on enlève l'ébauche formée et on la met de côté dans une position où elle peut se refroidir sans manipulation, et ensuite on place dans l'appareil l'ébauche nouvelle qui peut être préchauffée. 10 la figure 2 représente un appareil de mise en forme sous pression qui comprend un outil ou matrice 24 de mise en forme poreux et réfractaire comportant des dispositifs de chauffage électriques 25 commandés par thermostat, qui y sont noyés au voisinage de la surface de mise en forme. la surface supérieu-15 re de la matrice 24 comporte une bague d'étanchéité 26 et la matrice 24 est contenue à l'intérieur d'une boîte à matrices 27 qui communique avec l'atmosphère. Un caisson 28 soumis à la pression, qui comporte une bague d'étanchéité 29 et un tuyau flexible 30 reliant l'intérieur du caisson 28 à une source d'air com-20 primé par l'intermédiaire de soupapes de commande appropriées (non représentées), est montée sur un dispositif de cylindre commandé par voie hydraulique. Les rangées de dispositifs de chauffage électriques tels que 32 sont montés dans le caisson sous pression 28 et sont réglés par thermostat. 25 Pour le fonctionnement, on place sur la plaque d'é tanchéité 26 une ébauche 33 d'un alliage eatectique zinc-aluminium, qui a été traitée thermiquement de manière à posséder une superplasticité et qui peut être partiellement préformée comme représenté et avoir été également préchauffée. On actionne 30 alors le cylindre hydraulique 31 pour bloquer l'ébauche 33 entre les bagues d'étanchéité 26 et 29, puis on actionne les dispositifs de chauffage 25 et 32 pour chauffer l'ébauche 330 lorsque l'ébauche 33 a atteint une température d'environ 250°C, on actionne les soupapes de commande pour envoyer p 35 de l'air comprimé à une pression d'environ 6,3 kg/cm dans le caisson sous pression 28, pour former de ce fait lentement l'ébauche 30 pendant une durée d'environ 3 minutes, afin de lui donner la forme de la surface de mise en forme de la matrice 24. Lorsque la mise en forme est terminée, on pousse les 40 thermostats commandant les dispositifs de chauffage 25 et 32 5 2004410 pour laisser s'élever la température de l'ébauche* Lorsque la température a atteint environ 310°C, on coupe les dispositifs de chauffage, on élève le caisson sous pression 28 au moyen du cylindre hydraulique 31 et l'on enlève l'ébauche formée de la matrice 24 au moyen de plusieurs axes d'éjection (non représentés) montés dans la surface supérieure de la matrice 24* On peut alors mettre de côté l'ébauche formée pour la laisser refroidir et placer une nouvelle ébauche dans l'appareil de mise en forme. 69 08104 6 2004410 REYEHDICATIOI Procédé pour former une pièce à usiner en alliage de métaux superplastiques, qui consiste à chauffer l'alliage jusque dans la gamme de températures à laquelle il présente une 5 superplasticité, puis à former l'alliage avec au moins un outil de formage, ce procédé étant caractérisé par le fait qu* après la mise en forme la pièce à usiner est chauffée jusqu'à une température supérieure à la gamme de températures à laquelle elle présente une superplasticité, puis elle est enlevée 10 de l'outil de mise en forme alors qu'elle se trouve encore à une température supérieure à la gamme de températures à laquelle elle présente une superplasticité.