Transformation par forgeage à chaud des microstructures lamellaires d’alliages hexagonaux^⋆

Transformation by hot forging of the lamellar microstructures of H.C.P. alloys

¹ École des Mines de Saint-Étienne, 158 cours Fauriel, CS 62362, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France
darrieulat@emse.fr
² Centre d’enseignement et de recherche « Sciences des Matériaux et des Structures » (S.M.S.), Laboratoire Georges Friedel (L.G.F.), UMR CNRS n° 5307, École des Mines de Saint-Étienne, 158 cours Fauriel, CS 62362, 42023 Saint-Étienne Cedex 2, France

Reçu : 23 Octobre 2014
Accepté : 20 Juillet 2015

Résumé

La forge à chaud est utilisée pour réduire les microstructures lamellaires des alliages hexagonaux trempés-β en vue de leur mise en forme. Le sujet est documenté dans la littérature, mais l’article présente quelques points nouveaux. La contribution du glissement interlamellaire à la ductilité du TA6V comme du Zircaloy-4 est mise en évidence. Lorsque la compression est exercée selon un seul axe, la fragmentation des lamelles demeure partielle, même à grande déformation. Un facteur plus favorable à la réduction de la taille des grains est la recristallisation dynamique. Dans le cas du Zircaloy-4 elle a un fort caractère continu à faible vitesse de déformation (<2 s^-1). Elle devient discontinue à vitesse supérieure. Lorsqu’elle n’est pas accompagnée par des recuits, la compression uniaxiale ne réussit en général pas à obtenir la « globulisation » désirée. D’où l’intérêt du forgeage selon plusieurs axes. Deux directions orthogonales peuvent ne pas être suffisantes. Trois directions perpendiculaires offrent de meilleures perspectives. De bons résultats ont été obtenus avec le Zircaloy-4 à 650 et 750 °C. A grande vitesse de déformation (4 s^-1) des grains de taille moyenne 10 μm ont été obtenus après seulement trois pas de déformation orthogonaux d’amplitude 0,4 à T = 750°C.

Abstract

Hot forging is used to reduce the lamellar microstructures of β-quenched h.c.p. alloys into smaller elements in view of subsequent forming. This subject is documented in literature, but the article presents some new findings. The contribution of interlamellar sliding to the ductility of both Ti-6Al-4V and Zircaloy-4 is put in evidence. When compression is performed along a single direction, the fragmentation of the lamellae remains partial, even at large deformations. A more favorable factor to reduce the size of the grains is the dynamic recrystallization. In the case of Zircaloy-4, it has a strong continuous character at low deformation rates (<2 s^-1). It becomes discontinuous at higher speed. When not accompanied by annealing, uniaxial forging generally fails to achieve the desired « globulization ». Hence forging along several axes was considered. Two orthogonal directions may not be sufficient. Three perpendicular directions offer better prospects. Good results have been obtained for Zircaloy-4 at 650 and 750 °C. When the deformation rate is high (4 s^-1), grains of an average size of 10 μm were obtained after only three orthogonal steps of deformation (amplitude 0.4) at T = 750°C.