Lors des opérations de découpe et d’usinage, l’un des défauts les plus courants est l’écrouissage.
Étant donné que le Ti‑6Al‑4V subit une déformation plastique importante lors de la coupe, la couche superficielle devient extrêmement dure, ce qui accélère l'usure de l'outil et provoque des déchirures, des grippages et des rayures sur la surface usinée. Un autre problème courant est la température de coupe élevée causée par une faible conductivité thermique. La majeure partie de la chaleur générée lors de l'usinage se concentre dans la zone de coupe au lieu de se dissiper dans la pièce ou le copeau. Cette température élevée entraîne une adhérence des outils, une usure par diffusion et des arêtes rapportées (BUE), entraînant une mauvaise rugosité de surface, des écarts dimensionnels et même des microfissures. De plus, en raison du faible module élastique de l'alliage de titane, un retour élastique et des vibrations se produisent facilement lors du tournage ou du fraisage, provoquant une instabilité dimensionnelle, une conicité et des marques de broutage sur la surface.
Dans les procédés de travail à chaud tels que le forgeage et le laminage, les défauts sont étroitement liés au contrôle de la température et à l'uniformité de la déformation.
La fissuration est un défaut critique, notamment au niveau de la surface ou des bords. La fragilisation du boîtier alpha à haute température, un chauffage inégal ou un taux de déformation excessif peuvent entraîner des fissures de bord, des fissures de surface ou des fissures intergranulaires internes. Un autre défaut typique est la formation de cas alpha, une couche dure et cassante enrichie en oxygène produite lorsque l'alliage est chauffé dans l'air sans atmosphère protectrice. Ce boîtier alpha réduit la ductilité, les performances en fatigue et la résistance aux chocs. De plus, un forgeage inapproprié peut conduire à une structure à grains grossiers, ce qui réduit la résistance et la ténacité. Une déformation inégale peut également perturber les conduites d’écoulement, ce qui réduit considérablement la durée de vie en fatigue des composants structurels clés.
Pendant le traitement thermique, des paramètres inappropriés peuvent provoquer une surchauffe, un vieillissement excessif ou une concentration de contraintes résiduelles.
La surchauffe entraîne une croissance anormale des grains et une microstructure fragile. Le vieillissement excessif dans le processus STA réduit considérablement la résistance et la dureté. Un refroidissement insuffisant ou un chauffage inégal provoque des contraintes résiduelles, qui peuvent entraîner une déformation, une déformation ou même une fissuration retardée après l'usinage. Pour les composants soudés, un traitement thermique post-soudage inapproprié provoque facilement des contraintes et des distorsions résiduelles de la soudure, affectant la stabilité dimensionnelle.
Lors du soudage, les défauts courants incluent la porosité, la fusion incomplète et la fissuration des soudures.
Le titane a une grande affinité chimique pour l'oxygène, l'azote et l'hydrogène à haute température. Si l’atmosphère protectrice est insuffisante, une absorption de gaz se produit, entraînant une porosité et une fragilité accrue. L'absorption de l'hydrogène est particulièrement nocive et peut provoquer un craquage retardé de l'hydrogène. De plus, un chauffage et un refroidissement rapides pendant le soudage produisent d'importantes contraintes résiduelles, entraînant une distorsion de la soudure et des fissures à chaud. La soudure et la zone affectée par la chaleur présentent souvent un durcissement et une perte de ductilité, ce qui réduit l'intégrité structurelle globale.
Lors de la coulée, les défauts typiques comprennent la cavité de retrait, la porosité de retrait, les inclusions et la ségrégation.
Le titane a un point de fusion élevé et une réactivité chimique élevée, il doit donc être fondu sous vide ou sous atmosphère protectrice. Une température de coulée et un remplissage du moule inappropriés entraînent facilement un retrait et une porosité. Les inclusions non métalliques réduisent considérablement la résistance à la fatigue. La ségrégation chimique peut entraîner une microstructure et des performances inégales.
En résumé, en raison de ses propriétés physiques et chimiques inhérentes, l'alliage de titane de grade 5 est sujet à l'écrouissage, au grippage superficiel, à l'usure des outils à haute température, au cas alpha, aux fissures, aux contraintes résiduelles, à la porosité et à la distorsion pendant le traitement..
Ces défauts peuvent être efficacement réduits ou évités en contrôlant strictement les paramètres de traitement, en utilisant des outils spéciaux, en appliquant des atmosphères protectrices, en optimisant les procédures de chauffage et de refroidissement et en mettant en œuvre des traitements thermiques post-traitement raisonnables. Comprendre ces défauts courants et leurs mécanismes de formation est essentiel pour améliorer le taux de qualification des produits, garantir les performances mécaniques et prolonger la durée de vie dans les applications industrielles.
