Study of the deformation mechanisms of titanium T40 in Single Point Incremental Forming process
Etude des mécanismes de déformation du titane T40 en formage incrémental
Résumé
The single point Incremental Forming (SPIF) process is an emerging method of sheet metal forming. Unlike to conventional processes which are usually expensive due to tooling and equipment, SPIF involves a small punch with regard to the dimensions of the part and the forming is achieved by piloting the trajectory of the punch. The main obstacle in the development of this technology lies in the difficulty of obtaining precise geometries. The objective of this work is to bring a better understanding of the process, by an original dual experimental approach that aims to link the forming of the part by FI with the microstructural response of the material, here a pure titanium T40. The mechanical and kinematic approach of the process is based on one hand on the measurement of kinematic fields using digital image correlation on the parts surface, and on the other hand on the measurement of the forming forces throughout the forming. Various global strain states of the formed part and local strain state induced by the punch have then been highlighted. Besides, development of strain in the material and forming forces have been linked to several forming parameters. Microstructural analysis of strained sheets were performed using scanning (SEM) and transmission electron microscopy (SEM-TEM and X-rays diffraction (XRD). Electron backscatter diffraction (EBSD) characterization of microstructures highlighted twinning as an accommodation of the process generated strain, the activated twinning systems and their occurrence depending on the strain orientation and level. Observation of the dislocations arrangements in TEM allowed revealing another microstructural signature of the IF on T40.
Le Formage Incrémental (FI) est un procédé émergent de mise en forme de tôles. Par opposition aux procédés classiques mettant généralement en jeu des outillages complexes et des équipements onéreux, celui-ci met en œuvre un poinçon de faible taille par rapport aux dimensions de la pièce, dont le pilotage de la trajectoire permet de générer la forme désirée. Le principal frein au développement de cette technologie réside dans la difficulté d'obtention de géométries précises. L'objectif de cette étude est donc d'apporter une meilleure compréhension du procédé, par une double approche expérimentale originale qui vise à mettre en relation la mise en forme de la pièce par FI avec la réponse microstructurale du matériau, ici un titane pur T40. L'approche mécanique et cinématique du procédé est basée, d'une part sur la mesure des champs cinématiques par corrélation d'images numériques à la surface des pièces, et d'autre part sur la mesure des différentes composantes de l'effort de formage tout au long du processus. Les états globaux de déformations rencontrés sur la pièce formée ainsi que les déformations locales induites par le passage du poinçon ont ainsi été mis en évidence. Par ailleurs, les effets de plusieurs paramètres de formage sur la réponse du matériau en termes de développement des déformations et d'efforts de formage ont étés mis en lumière. L'analyse microstructurale des tôles formées a été effectuée à l'aide des techniques de microscopie électronique à balayage (MEB) et en transmission (MET), ainsi que la diffraction de rayons X (DRX). La caractérisation des microstructures par diffraction des électrons rétrodiffusés (EBSD) a mis en évidence l'apparition du maclage dans l'accommodation de la déformation générée par le procédé, les systèmes de maclages activés et leur occurrence dépendant de l'orientation de la sollicitation et du niveau de déformation. L'observation des arrangements de dislocations au MET a, quant à elle, permis de révéler une autre signature microstructurale des sollicitations de FI sur le T40.
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