Les six principaux facteurs influençant l'écoulement du métal lors de l'extrusion d'alliages de titane

La conductivité thermique des barres de titane et d'alliages de titane est faible. Lors de l'extrusion à chaud, un écart de température important apparaît entre la surface et le cœur de la barre. À 400 °C dans le cylindre d'extrusion, cet écart peut atteindre 200 à 250 °C. Sous l'effet combiné du renforcement par le vide et de cet important écart de température dans la section transversale de la billette, le métal en surface et au centre présente des propriétés de résistance et de plasticité très différentes. Durant l'extrusion, une déformation très irrégulière se produit, générant d'importantes contraintes de traction supplémentaires dans la couche superficielle. Ces contraintes sont à l'origine de la formation de fissures sur les produits extrudés. L'extrusion à chaud des barres de titane et d'alliages de titane est plus complexe que celle des alliages d'aluminium, des alliages de cuivre, voire même de l'acier. Cette complexité est due aux propriétés physico-chimiques spécifiques du titane et de ses alliages.

Les recherches sur la dynamique des écoulements métalliques des alliages de titane montrent que, dans les zones de température correspondant aux différents états de phase de chaque alliage, le comportement d'écoulement du métal présente de grandes différences. Par conséquent, l'un des principaux facteurs influençant les caractéristiques d'extrusion des barres de titane et d'alliages de titane est la température de chauffage de la billette, qui détermine l'état de transformation de phase du métal. Comparé à l'extrusion à température élevée dans la zone de phase α ou α + β, l'écoulement du métal est plus uniforme lors de l'extrusion à température élevée dans la zone de phase β. Il est très difficile d'obtenir une qualité de surface élevée pour les produits extrudés. À ce jour, l'utilisation de lubrifiants est indispensable lors de l'extrusion des barres d'alliages de titane. La principale raison est que le titane forme facilement des eutectiques fusibles avec les matériaux de moule en alliage à base de fer ou de nickel à des températures de 980 °C et 1030 °C, ce qui provoque une usure importante du moule.

Principaux facteurs influençant l'écoulement du métal lors de l'extrusion :
1) Méthode d'extrusion. L'extrusion inverse offre un écoulement plus uniforme que l'extrusion directe. L'extrusion à froid offre un écoulement plus uniforme que l'extrusion à chaud. L'extrusion lubrifiée offre un écoulement plus uniforme que l'extrusion non lubrifiée. L'influence de la méthode d'extrusion s'explique par les variations des conditions de frottement.

2) Vitesse d'extrusion. L'augmentation de la vitesse d'extrusion accentue l'hétérogénéité de l'écoulement du métal.

3) Température d'extrusion. Lorsque la température d'extrusion augmente et que la résistance à la déformation de la billette diminue, l'hétérogénéité de l'écoulement du métal s'intensifie. Lors du processus d'extrusion, si la température de chauffage du cylindre d'extrusion et du moule est trop basse, l'écart de température entre la couche externe et la couche centrale du métal est important, ce qui accroît l'irrégularité du flux de métal. Plus la conductivité thermique du métal est élevée, plus la répartition de la température sur la face d'extrémité du lingot est uniforme.

4) Résistance du métal. À conditions égales, plus la résistance du métal est élevée, plus le flux de métal est uniforme.

5) Angle du moule. Plus l'angle du moule (c'est-à-dire l'angle entre la face d'extrémité du moule et son axe central) est grand, plus le flux de métal est irrégulier. Lors de l'utilisation d'un moule poreux pour l'extrusion, si la disposition des orifices est appropriée, le flux de métal tend à être uniforme.

6) Degré de déformation. Si le degré de déformation est trop important ou trop faible, le flux de métal n'est pas uniforme.