The flow and β recrystallization behaviour during thermomechanical processing of near- α titanium alloy IMI834 (Ti-5.8Al-4Sn-4Zr-1Nb-0.5Mo-0.35Si), with an initial bimodal α+β microstructure, has been investigated. The effects of temperature and strain rate were characterized and modelled at β and α+β hot working temperatures near the β→α+β transition temperature (β transus) to study the quantitative differences in oneand two-phase isothermal forging. The experimental work for characterization and modelling was based on compression testing of lab-scale specimens at temperatures of 975-1100°C, strain rates of 0.01-1s⁻¹, and post-deformation annealing times of 5-420s. Supplementary interrupted compression testing was also performed at 975-1000°C to evaluate the applicability of fractional softening in the determination of static recrystallization kinetics.

The stress-strain analysis, which employed corrections for friction and deformation heating, showed increasing stress at increasing strain rates and decreasing temperatures. The stress-temperature dependence increased below the β transus due to the increasing α phase fraction with decreasing temperature. Microstructural observation through optical microscopy indicated dynamic recrystallization occurred, although complete grain refinement and homogeneity was only achieved following static recrystallization. Quantitative measurement via image analysis revealed static recrystallization kinetics increased with temperature for single phase β pre-deformation microstructures (1060- 1100°C). However, bimodal α+β microstructures (1000-1025°C) displayed greater recrystallization rates with decreasing temperature. This behaviour was attributed to the associated increase in α phase fraction, which yielded a refinement in initial β grain size and an increase in favourable nucleation sites. Interrupted compression testing of initial α+β microstructures with lamellar α in the β matrix (975°C) indicated that static recrystallization kinetics may have been comparable to that obtained at 1000°C, although confirmation through optical microscopy and image analysis was not feasible. At all temperatures, increasing strain rate accelerated recrystallization kinetics due to less time for dynamic recovery.

A finite element model of the experimental setup, coupling heat transfer, flow behaviour and microstructure evolution, has been developed using constitutive equations adapted from available literature. The agreement between finite element model predictions and raw experimental data served as a validation of the data analysis. Stress was modelled through a self-consistent method capable of predicting flow partitioning between phases. The flow model, which had been originally developed for α+β alloys, was extended to stress prediction in IMI834 and other near-α alloys. The microstructure was subsequently modelled through β static recrystallization kinetics using an Avrami-type relationship.

L’évolution de la contrainte d’écoulement et de la recristallisation de la phase beta (β) de l’alliage de titane IMI834 (Ti-5.8Al-4Sn-4Zr-1Nb-0.5Mo-0.35Si), qui présente une microstructure bimodale, a été étudiée lors d’essais thermomécaniques. Des essais de compression ont été effectués à des températures comprises entre 975 °C et 1 100 °C et à des vitesses de déformation allant de 0,01 à 1s⁻¹. Les échantillons ont ensuite été maintenus à la température de déformation pendant 5 à 420 secondes. Ces essais ont permis de mieux comprendre l’influence de la température et de la vitesse de déformation sur le procédé de forgeage isothermique. Des essais de compression interrompus ont également été effectués pour évaluer l’effet de l’adoucissement sur la cinétique de la recristallisation statique. Un modèle mathématique a ainsi pu être déterminé pour permettre une meilleure compréhension du procédé de forgeage à des températures supérieures et inférieures à la température de transformation allotropique (β transus).

Les courbes de déformation, auxquelles un facteur de correction attribuable à la friction et à la transformation de l’énergie de déformation en chaleur a été appliqué, démontrent que la contrainte est proportionnelle au taux de déformation et inversement proportionnelle à la température de déformation. Lorsque la déformation s’opère à une température inférieure au β transus, la relation contrainte-température devient plus importante. Dans ces conditions, la microscopie optique révèle la présence de grains recristallisés dynamiquement, bien qu’une microstructure complètement recristallisée ne puisse être atteinte que sous l’influence de la recristallisation statique. L’étude quantitative de la microstructure déformée au-dessus du β transus, via un système d’analyse d’image, révèle que le taux de recristallisation statique augmente avec la température. Toutefois, lorsque la déformation antérieure à la recristallisation se produit à une température située dans la zone α+β, la microstructure bimodale recristallise plus rapidement à mesure que la température diminue. Ce changement draconien de la cinétique de recristallisation dépend de l’augmentation de la phase hexagonale qui fragmente les grains de phase cubique et qui génère par le fait même une plus grande quantité de régions susceptibles de recristalliser.

Un modèle de simulation de la contrainte, du transfert de chaleur et de l’évolution de la microstructure a été développé par la méthode des éléments finis à partir des équations fondamentales décrites dans la littérature. La contrainte a été simulée à partir d’un algorithme self-consistent capable de prédire la répartition de la contrainte au cours des différentes phases (α et β) de la microstructure. Conçu initialement pour les alliages α+β, cet algorithme a été adapté à l’IMI834 et peut donc être appliqué aux différents alliages à faible taux de phase β. Une relation de la cinétique de la recristallisation telle qu’elle a été définie par le modèle Avrami a été incluse afin de simuler l’évolution de la microstructure. Finalement, ce modèle a utilisé afin de valider les résultats expérimentaux présentés dans cette thèse.