Pourquoi l'Électroérosion à Fil de Titane est Difficile – et Comment la Maîtriser

Si vous souhaitez usiner du titane par CNC, on passe souvent plus de temps à réfléchir à la manière de faciliter l'usinage des alliages de titane. Car il a toujours été difficile de traiter les alliages de titane par électroérosion à fil, qui reste pourtant la meilleure méthode. Pourquoi l'électroérosion à fil des alliages de titane est-elle si ardue ?

Pour résoudre ce problème, il faut d'abord comprendre certaines propriétés métalliques courantes des alliages de titane.

Qu'est-ce qu'un Alliage de Titane ?

Le titane est un métal relativement récent. Ses performances dépendent de la teneur en impuretés (carbone, azote, hydrogène, oxygène). Le titane iodure le plus pur (impuretés ≤ 0,1 %) a une faible résistance mais une grande plasticité. Les propriétés du titane pur industriel à 99,5 % : densité ρ = 4,5 g/cm³, point de fusion 1725 °C, conductivité thermique λ = 15,24 W/(m·K), résistance à la traction σb = 539 MPa, allongement δ = 25 %, rétrécissement de section ψ = 25 %, module d'élasticité E = 1,078×10⁵ MPa, dureté HB 195.

Quelles sont les Propriétés des Alliages de Titane ?

• Résistance spécifique élevée

La densité des alliages de titane est d'environ 4,51 g/cm³, soit seulement 60 % de celle de l'acier. La densité du titane pur est proche de l'acier ordinaire, et certains alliages de titane à haute résistance surpassent la résistance de nombreux aciers structuraux. Ainsi, la résistance spécifique (résistance/densité) des alliages de titane est bien supérieure aux autres matériaux métalliques structurels, permettant de produire des pièces à haute résistance unitaire, bonne rigidité et faible poids. Utilisés dans les composants de moteurs d'avion, squelettes, revêtements, fixations, trains d'atterrissage et pièces aérospatiales.

• Résistance thermique élevée

La température de service est plusieurs centaines de degrés supérieure à celle des alliages d'aluminium, la résistance requise se maintenant à des températures modérées. Fonctionnement prolongé à 450–500 °C, alors que la résistance spécifique des alliages d'aluminium chute significativement à 150 °C. Température de travail du titane : 500 °C ; aluminium : < 200 °C.

• Bonne résistance à la corrosion

En atmosphère humide et eau de mer, la résistance à la corrosion du titane surpasse largement l'acier inoxydable ; résistance particulière à la corrosion par piqûres, acide, sous contrainte ; excellente résistance aux acides nitrique, sulfurique, etc. En revanche, faible résistance aux milieux réducteurs en oxygène et sels de chrome.

• Bonnes propriétés à basse température

Les alliages de titane conservent leurs propriétés mécaniques à basses et très basses températures. À -253 °C, les alliages à très faibles éléments interstitiels (ex. TA7) conservent une certaine plasticité. Le titane est donc un matériau structurel cryogénique important.

• Activité chimique élevée

Le titane a une forte activité chimique et réagit vigoureusement avec O, N, H, CO, CO₂, vapeur d'eau, ammoniac, etc. dans l'atmosphère. Si teneur en carbone > 0,2 %, formation de TiC dur ; à haute température, formation de surface dure TiN avec l'azote ; > 600 °C, absorption d'oxygène formant une couche durcie dure ; hydrogène accru = couche de fragilisation. Profondeur de la couche dure/fragile par absorption gazeuse : 0,1–0,15 mm, durcissement 20–30 %. Affinité chimique élevée, adhérence facile sur surfaces de frottement.

• Faible conductivité thermique

La conductivité thermique du titane λ = 15,24 W/(m·K) est ~1/4 du nickel, 1/5 du fer, 1/14 de l'aluminium ; celle des alliages de titane ~50 % inférieure. Le module d'élasticité ~1/2 de l'acier, rigidité faible, déformation aisée, inadapté aux tiges minces et parois minces.

Synthèse

D'après ces propriétés, le titane est un métal à haute résistance, haute dureté, haute résistance thermique et faible conductivité thermique. L'électroérosion à fil repose sur le phénomène de corrosion électrique : décharge haute fréquence entre le fil de molybdène et la pièce, la température instantanée fond le métal pour le couper.

Le métal titane est très stable dans l'air à température ambiante. Ce n'est qu'après un chauffage prolongé à haute température qu'il change de couleur, devenant bleu. Principalement parce que le titane chauffé dans l'air s'oxyde pour former un film d'oxyde dense.

Ce film protège non seulement la surface du titane, mais est la cause fondamentale de son changement de couleur. Équation d'oxydation : Ti + O₂ → TiO₂, condition : chauffage à haute température (couche affectée thermiquement de part et d'autre de la fente d'électroérosion). À basse température, le film d'oxyde est quasi transparent, imperceptible à l'œil nu ; en montant en température, il s'épaissit et interfère avec la lumière, faisant apparaître différentes couleurs. L'épaisseur du film d'oxyde détermine la couleur de surface du titane.