Brevet FR3039084A1 — publié le 20170127

Procédé de formation d'un objet plat métallique à 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 (H) renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte. Etat 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 oeuvre 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 oeuvre 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]. 3039084 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, 5 correspondant au préambule de la revendication principale, nécessite de mettre en oeuvre 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], 10 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 15 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 20 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 [11] montre un procédé d'extrusion dont la sortie n'est pas symétrique. Un tel procédé ne permet pas d'atteindre de hauts niveaux 25 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 oeuvre et pouvant être mis en oeuvre 30 avec des efforts modérés. 3039084 3 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 5 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 10 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 15 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 20 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 25 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 30 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 3039084 4 sortie. Elle constitue un paramètre supplémentaire du procédé sur lequel on peut agir pour mettre en oeuvre le procédé. De manière préférentielle, la matrice est choisie pour que : (2+t2 2t 111 + , +t +cota 2t V1+ t2 ) REVENDICATIONS1. 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 (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 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 (11) et de dimension moindre que la zone d'entrée (11) 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 (11) 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 : (2+t2 2t 111 + , +t+cotoe 2t V1+ t2 ) 4. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la matrice (1) et la contre-pression sont choisis pour que : 12+ t2 2t 111 + , +t+cotoe + 2t -V1+ t2 )(= avec : 15 qf 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 =alh où 2a est la largeur de la zone de sortie (13) et h est la 20 différence de dimension entre la zone d'entrée (11) et la zone de sortie (13) ; m est le coefficient de frottement entre le matériau et la face de transition (120) ; P1,1, est la contre-pression ; et - 2+ m ln(1 111+ tan oe+ -P ( Ph sin a