Simulation du comportement mécanique des alliages de titane pour les procédés de mise en forme à froid de produits plats

Simulation of titanium alloys behaviour for cold forming processes of metal sheets

Mines ParisTech, CEMEF – Centre de Mise en Forme des Matériaux, CNRS UMR 7635, BP 207, 1 rue Claude Daunesse, 06904 Sophia Antipolis Cedex, France

^a Auteur pour correspondance : benoit.revil@mines-paristech.fr

Reçu : 9 Juillet 2010
Accepté : 12 Juillet 2010

Résumé

Il est proposé, dans ce travail, un modèle de comportement mécanique anisotrope des alliages de titane de type α (structure hexagonale compacte). Le modèle élasto-plastique choisi se compose d’unécrouissage cinématique et isotrope et d’un critère de plasticité non quadratique anisotrope de type Cazacu et al. (Orthotropic yield criterion for hexagonal closed packed metals, Int. J. Plasticity 22 (2006) 1171–1194) adapté à ces matériaux à structure hexagonale compacte. L’implémentation de celui-ci dans un logicieléléments-finis intègre deux repères de travail, dont celui des axes d’anisotropie réactualisé par le gradient de la transformation au cours de la mise en forme. Les paramètres des lois de comportement sont identifiés à partir d’essais de traction uniaxiale dans différentes directions. Des simulations, notamment de traction, de gonflage elliptique et d’emboutissage, ont permis de valider ce modèle. Une comparaison avec des cartographies de déformations, issues de mesure de champs, montre la bonne corrélation entre la simulation numérique et les tests expérimentaux pour les essais de gonflage elliptique.

Abstract

In this paper, the mechanical behaviour of α titanium alloys is modelised for the cold forming processes. The elasto-plastic constitutive law is decomposed in an anisotropic plastic criterion, an isotropic hardening and a kinematic hardening. Non quadratic criteria have been developed by Cazacu et al. (Orthotropic yield criterion for hexagonal closed packed metals, Int. J. Plasticity 22 (2006) 1171–1194), to model the plasticity of hexagonal closed packed materials. The implementation of this model in a finite element software switches between two bases, the equilibrium is calculated in a reference basis and the anisotropy axes define a local basis, updated by the deformation gradient. An identification procedure, based on tensile tests, allows to define all the parameters needed to model the elasto-plastic behaviour. Simulation of cold forming processes (bulging and deep drawing) have been done to validate this model. Numerical results are compared with experimental data, obtained from speckles analysis.