Effet de la microstructure sur la formabilité des alliages de titane 

Effect of microstructure on the formability of β titanium alloys

• Auteur / Autrice : Cai Hu
• Direction : Lionel Léotoing
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 23/11/2021
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'ingénieur (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie civil et génie mécanique (LGCGM)
• Jury : Président / Présidente : Hervé Laurent
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Léotoing, Hervé Laurent, Pascale Balland, Franck Tancret, Laurence Giraud-Moreau, Philippe Castany
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Balland, Franck Tancret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métaux -- Formabilité

Microstructure (physique)

Titane -- Alliages

Mots clés libres

Alliage de titane β métastables

Microstructure

Courbes limites de formage

Modèle prédictif M-K

Metastable β titanium alloy

Microstructure

Forming limit curves

M-K predictive model

Résumé

Les alliages de titane sont très utilisés dans plusieurs secteurs industriels (aéronautique, biomédical, ... ) en raison d'une résistance mécanique spécifique élevée, d'une très bonne résistance à la corrosion et de leurs performances à haute température.Les propriétés mécaniques telles que la ductilité ou encore la formabilité sont largement dépendantes de leur microstructure. Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique des alliages de titane β métastables de plus en plus utilisés dans les applications aéronautiques, en remplacement des alliages de titane α + β. L'objectif est d"étudier l'influence de la microstructure, en particulier la texture, sur la formabilité de ces matériaux. Les alliages β métastables Ti21S et Ti5553 ont été sélectionnés. Une caractérisation mécanique (écrouissage et formabilité) de différentes microstructures est tout d'abord effectuée à partir d'une campagne d'essais de traction uniaxiale. Les résultats obtenus montrent que le taux de laminage et la précipitation α affectent la formabilité. Un modèle numérique de type M-K est ensuite proposé afin de prédire des courbes limites de formage complètes pour les différentes microstructures étudiées. Une campagne expérimentale avec un dispositif de mise en forme de type Marciniak est enfin menée pour la nuance Ti21S afin de discuter le caractère prédictif du modèle proposé.

Titanium alloys are widely used in industries (aeronautics, biomedical ... ) due tu their high specific mechanical strength, very good corrosion resistance and high temperature performances. Mechanical properties such as ductility or formability are largely dependent on their microstructure. This work focuses on the study of the behaviour of β metastable titanium alloys increasingly used in aeronautical applications as a replacement for α + β titanium alloys. The objective is to study the influence of microstructure, in particuliar texture, on the formability of such materials. The β metastable alloys Ti21S ans Ti5553 are selected for this study. First, a mechanical characterization (hardening and formability) of different microstructures is carried out thanks to a campaign of uniaxial tensile tests. The results show that both- the rolling ratio and the α precepitation impact the formability. A numerical model based on the M-K theory is proposed for the prediction of the whole forming limit curves, for the different studied microstructures. Finally, an experimentation campaign on a Marciniak-type set-up permits to follow various strain paths for the Ti21S grade and discuss the preditive character of the proposed model.