Maîtriser l'usinage CNC du titane : sélection d'alliages et conseils d'outillage pour pièces durables

Envisagez-vous le titane comme matériau de base pour votre prochain design ? Ou peut-être avez-vous entendu parler des difficultés d'usinage des pièces en titane et n'êtes pas sûr des nuances de titane utilisables en usinage CNC ? Si vous avez répondu oui à l'une de ces questions, vous êtes au bon endroit.

Le titane est un matériau magnifique, et en raison de ses propriétés exceptionnelles et de sa haute biocompatibilité, il est largement utilisé dans les industries aérospatiale et biomédicale. Cependant, de la même manière que ses propriétés physiques rendent le titane excellent, elles affectent aussi le procédé d'usinage CNC. En comparaison avec les autres matériaux et métaux, le titane nécessite une procédure de fabrication bien planifiée et dédiée.

Cet article vous aidera à comprendre le processus d'usinage du titane, y compris la compréhension des propriétés de ce métal, certains des grades de titane que vous devriez considérer, et même quelques conseils sur sa manipulation.

Considérations pour l'usinage de pièces en titane

Le titane a gagné en popularité ces dernières années en raison de sa capacité précieuse à fabriquer des produits légers, à haute résistance et hautement résistants à la corrosion. Les pièces fabriquées en titane ont tendance à durer plus longtemps tout en conservant de meilleures performances que les autres matériaux. De plus, le titane est non toxique.

Cependant, le titane n'est pas non plus parfait. C'est un mauvais conducteur thermique, et quand sa surface ne reçoit pas de traitement adéquat, elle peut être facilement endommagée. De plus, le processus d'usinage laisse généralement derrière lui des marques de chatter (vibrations).

Tout cela contribue à la faible usinabilité du titane. Heureusement, les machinistes du monde entier ont étudié les propriétés du titane par rapport aux autres métaux et ont trouvé des moyens d'améliorer le processus de fabrication.

Par exemple, l'usinage du titane nécessite une stratégie prudente de dissipation de la chaleur. Pour y remédier, les experts en usinage CNC ont établi qu'augmenter le nombre de goujures dans l'outil de coupe est efficace lors de l'usinage de pièces en titane. Quatre à six goujures sont utilisées pour les autres métaux, mais le titane nécessite souvent dix ou même plus.

De plus, pour faire face à la haute résistance et au mauvais refroidissement du titane, les machinistes utilisent des outillages spéciaux revêtus de nitrure de titane-aluminium (TiAlN) ou de carbonitrure de titane (TiCN).

En résumé, les experts conseillent que la clé fondamentale pour usiner le titane est la patience. Pour maintenir l'accumulation de chaleur sous contrôle, réduire le chatter à la terminaison de surface, éviter les dommages à la pièce et garder le processus d'usinage sûr, il est suggéré de ralentir à une vitesse sûre.

Les 10 grades de titane les plus courants pour l'usinage CNC

En raison de la demande croissante de titane, plusieurs grades usinables ont été développés dans l'industrie. Ils sont différenciés en fonction de la teneur en titane pur et autres éléments qu'ils contiennent, comme l'oxygène, le palladium, le nickel ou le molybdène.

Avec différents éléments d'alliage viennent différentes propriétés mécaniques pour chaque grade de titane, signifiant que vous pouvez choisir juste le bon grade de titane pour votre application. Consultez le tableau suivant pour en découvrir plus et comprendre l'usinabilité du titane !

Tableau 1

Alliage/Grade	Description	Avantages	Inconvénients	Applications
Grade 1 Titane commercialement pur à faible teneur en oxygène.	L'un des grades de titane les plus couramment utilisés. C'est l'alliage de titane le plus ductile et le plus mou.	Excellente formabilité et usinabilité relative, résistance à la corrosion et ténacité aux chocs.	Résistance inférieure comparée aux autres grades de titane.	Traitement chimique, désalinisation, industrie médicale, pièces automobiles, structures de cellule d'avion.
Grade 2 Titane commercialement pur à teneur standard en oxygène.	Titane pur, connu comme le cheval de bataille de l'industrie du titane.	Haute résistance à la corrosion, bonne soudabilité, résistance, ductilité et formabilité. Haute usinabilité relative.	Pas aussi fort que les autres grades, mais plus fort que le grade 1.	Moteurs d'avion, traitement des hydrocarbures, fabrication de chlorate, industrie médicale.
Grade 3 Titane commercialement pur à teneur moyenne en oxygène.	Le grade 3 est le moins utilisé commercialement, mais il possède de bonnes propriétés mécaniques.	Haute résistance et résistance à la corrosion. Bonne usinabilité relative.	Moins de formabilité que les grades 1 et 2.	Industrie médicale, industrie marine, structures aérospatiales.
Grade 4 Titane commercialement pur à haute teneur en oxygène.	Connu comme le plus fort des quatre grades commercialement purs.	Très haute résistance et résistance à la corrosion. Usinabilité relative correcte.	Difficile à usiner, nécessite des vitesses lentes, fort débit de fluide de coupe et avances élevées.	Vaisseaux cryogéniques, échangeurs de chaleur, équipements CPI, quincaillerie chirurgicale, composants de cellule d'avion.
Grade 5 Alliage de titane – Ti6Al4V	C'est l'alliage de titane le plus couramment utilisé. Il contient 6% d'aluminium et 4% de vanadium.	Haute résistance à la corrosion et haute formabilité. Faible usinabilité relative.	Moins résistant que les autres alliages.	Structures de cellule d'avion critiques, génération d'énergie, applications marines et offshore.
Grade 6 Alliage de titane – Ti5Al-2.5Sn	Le plus couramment utilisé pour les applications de cellule d'avion et de moteur à réaction.	Bonne soudabilité, stabilité et résistance à températures élevées.	Résistance intermédiaire pour les standards d'alliage de titane.	Applications cellule d'avion et moteur à réaction, confinement de gaz liquide et propergol pour fusées et véhicules spatiaux.
Grade 7 Alliage de titane, parfois considéré « pur » – Ti-0.15Pd	Similaire au grade 2, mais celui-ci contient de petites quantités de palladium, améliorant la résistance à la corrosion.	Excellente résistance à la corrosion, excellente soudabilité et formabilité.	Pas aussi fort que les autres alliages de titane.	Composants d'équipements de traitement et production chimique.
Grade 11 Alliage de titane, parfois considéré « pur » – Ti-0.15Pd	Similaire au Grade 7, mais avec une tolérance plus faible pour les autres impuretés.	Excellente résistance à la corrosion, ductilité et formabilité optimales.	Résistance encore plus faible par rapport au grade 7.	Applications marines, fabrication de chlorate, désalinisation.
Grade 12 Alliage de titane – Ti0.3Mo0.8Ni	Cet alliage hautement durable contient 0,3% de molybdène et 0,8% de nickel.	Excellente soudabilité, excellente résistance à hautes températures, excellente résistance à la corrosion.	Il coûte plus cher que les autres alliages.	Échangeurs de coquilles et de chaleur, applications hydrométallurgiques, composants aéronautiques et marins.
Grade 23 Alliage de titane – Ti6Al4V-ELI	Also known as Ti6Al4V-ELI on the market, which stands for Extra Low Interstitial. It is similar to Grade 5 but with higher purity.	Grande ductilité et formabilité, bonne ténacité à la fracture. Biocompatibilité optimale. Faible usinabilité relative.	Résistance inférieure aux autres alliages de titane.	Goupilles et vis orthopédiques, câbles orthopédiques, agrafes chirurgicales, appareils orthodontiques.

 

Choisir et travailler avec le bon grade de titane

Comme vous avez pu le remarquer, choisir le titane le plus approprié pour votre produit dépend des propriétés et applications que vous voulez. Si vous essayez de développer des produits pour des applications médicales, vous voudrez peut-être choisir le titane grade 23. Alternativement, si vous cherchez une pièce avec d'excellentes performances à températures élevées, vous voudrez peut-être travailler avec le titane grade 6.

Rappelez-vous simplement que les alliages de titane nécessitent un usinage soigneux, qui doit être effectué par des experts formés. En contraste avec les métaux à usinage libre comme le Laiton C360 ou l'Acier SS416, travailler avec le titane nécessite expertise, patience et les bons outils.

Si vous voulez trouver un expert pour vous aider avec votre pièce en titane, ne cherchez pas plus loin que les experts disponibles pour vous fournir des services d'usinage CNC.