Guide d'usinage des alliages de titane

Le titane et ses alliages utilisent ses propriétés uniques pour être de plus en plus utilisés dans les domaines aérospatial et biomédical. Ce métal populaire a des effets antirouille et antichimiques, peut être recyclé et a un poids léger, une résistance élevée et une excellente résistance à la corrosion, ce qui résout de nombreux problèmes d'ingénierie. Les pièces en titane durent plus longtemps et offrent de meilleures performances et de meilleurs résultats que les autres métaux et matériaux.

Le titane est 30 % plus haut que l'acier, mais près de 50 % plus léger que l'acier. Le titane est 60 % plus lourd que l'aluminium, mais sa résistance est le double de celle de l'aluminium. Cependant, lors de l'usinage d'alliages de titane et de la sélection des bons outils et paramètres, certains défis doivent être pris en compte.

Ici, nous avons une compréhension approfondie de l'usinage du titane, pourquoi il est si difficile de traiter le titane, et fournissons des informations techniques et des conseils qui peuvent améliorer le taux de réussite du traitement du titane, y compris ses avantages et son application.

Usinage du titane Variétés

Il existe de nombreuses qualités et variétés d'alliages de titane, plus de 100 types. Chaque alliage a ses propres propriétés et propriétés uniques. 40 à 50 types sont disponibles dans l'industrie, et plus de dix sont les plus couramment utilisés. Y compris divers goûts de titane pur industriel et d'alliages de titane sélectionnés, tels que Ti-6AL-4V, Ti-5AL-2.5Sn, TI-2AL-1.5Mn, Ti-3AL-2.5V, Ti-6AL- 2Sn-4Zr-2Mo , Ti-6AL-2Sn-4Zr-6Mo et Ti-10V-2Fe-3AL et Ti-0.20Pd, T-0.3Mo-0.8N, etc. Cependant, pour la plupart des pays, les deux premiers alliages importants (Ti-6Al -4V, Ti-5A-2.5Sn) sont les plus typiques, et ils sont également reconnus par le monde.

Selon la classification de l'organisation, les alliages de titane sont divisés en trois catégories :les alliages α, les alliages (α+β) et les alliages β.

Alliage de titane α

C'est un alliage monophasé composé d'une solution solide en phase α. Il s'agit d'une phase α quelle que soit la température normale ou la température d'application pratique supérieure, avec une structure stable, une résistance à l'usure supérieure à celle du titane pur et une forte résistance à l'oxydation. À une température de 500 °C à 600 °C, il conserve toujours sa résistance et sa résistance au fluage, mais ne peut pas être renforcé par un traitement thermique, et sa résistance à température ambiante n'est pas élevée.

Alliage de titane β

C'est un alliage monophasique composé d'une solution solide en phase β. Il a une haute résistance sans traitement thermique. Après trempe et vieillissement, l'alliage est encore renforcé. La résistance à température ambiante peut atteindre 1372 ~ 1666 MPa; mais la stabilité thermique est médiocre et il ne convient pas à une utilisation à haute température.

Alliage de titane α+β

Il s'agit d'un alliage à deux phases avec de bonnes propriétés complètes, une bonne stabilité structurelle, une bonne ténacité, une plasticité et des propriétés de déformation à haute température, et peut bien effectuer un traitement à chaud, et peut être trempé et vieilli pour renforcer l'alliage. La résistance après traitement thermique est d'environ 50 % à 100 % supérieure à l'état recuit; la résistance à haute température est élevée, et il peut fonctionner longtemps à une température de 400 ℃ ~ 500 ℃, et sa stabilité thermique est la deuxième à celle de l'alliage de titane α.

Les alliages de titane les plus couramment utilisés sont l'alliage de titane α et l'alliage de titane α + β. L'alliage de titane α a la meilleure usinabilité, suivi de l'alliage de titane α + β, et l'alliage de titane β est le pire.

Pourquoi le titane est-il difficile à usinage ?

Phénomènes physiques du titane usinage

La force de coupe lors du traitement de l'alliage de titane n'est que légèrement supérieure à celle de l'acier de même dureté, mais le phénomène physique du traitement de l'alliage de titane est beaucoup plus compliqué que celui du traitement de l'acier, ce qui rend le traitement de l'alliage de titane confronté à d'énormes difficultés.

La conductivité thermique de la plupart des alliages de titane est très faible, seulement 1/7 de celle de l'acier et 1/16 de celle de l'aluminium. Par conséquent, la chaleur générée lors du processus de coupe de l'alliage de titane ne sera pas rapidement transférée à la pièce ou emportée par les copeaux, mais sera concentrée dans la zone de coupe. La température générée peut atteindre 1 000 ℃, ce qui provoque une usure rapide du bord de coupe de l'outil, des fissures et des arêtes accumulées, des lames d'usure apparaissent rapidement et génèrent plus de chaleur dans la zone de coupe, ce qui raccourcit encore la durée de vie du outil.

La température élevée générée lors du processus de coupe détruit également l'intégrité de surface des pièces en alliage de titane, entraînant une diminution de la précision géométrique des pièces et un phénomène d'écrouissage qui réduit considérablement sa résistance à la fatigue.

L'élasticité de l'alliage de titane peut être bénéfique pour les performances des pièces, mais dans le processus de coupe, la déformation élastique de la pièce est une cause importante de vibration. La pression de coupe fait que la pièce "élastique" quitte l'outil et rebondit, de sorte que le frottement entre l'outil et la pièce est supérieur à l'action de coupe. Le processus de friction génère également de la chaleur, ce qui aggrave la mauvaise conductivité thermique des alliages de titane.

« Chaud » est le « coupable » dans le traitement difficile des alliages de titane !

Comment améliorer l'usinage du titane ?

Sur la base de la compréhension du mécanisme de traitement des alliages de titane, ainsi que de l'expérience antérieure, les principaux savoir-faire technologiques pour le traitement des alliages de titane sont les suivants :

Plus de liquide de refroidissement

Le titane est un isolant, de sorte que la chaleur générée lors de l'opération de coupe a tendance à rester près de l'outil de coupe. Une façon évidente de gérer l'excès de chaleur consiste à ajouter du liquide de refroidissement. La zone de travail et les outils sont sablés avec un liquide de refroidissement concentré à 10 % fourni par haute pression pour garantir que la zone de contact reste froide et que tous les copeaux caloporteurs peuvent être éliminés.

Arrosage haute pression

Pour les applications de tournage, l'emplacement et la pression du liquide de refroidissement sont critiques. Avec une application correcte, des vitesses de surface et des taux d'enlèvement de métal plus élevés peuvent être atteints. Le seul inconvénient est que le matériau sous-jacent va se redéposer à la surface de la pièce. Cela peut être surmonté en planifiant la stratégie de coupe et en réduisant la pression du liquide de refroidissement pour la finition finale.

Flux constant

Le titane est facile à écrouir, c'est-à-dire que lors de la coupe de matériaux, le titane devient plus dur et use donc plus d'outils. L'avance constante garantit que le matériau durci par usinage est maintenu à un minimum absolu.

Augmenter la vitesse d'alimentation

Si la machine le permet, l'augmentation de l'avance signifie que l'outil passe moins de temps dans une zone spécifique, il n'y a donc plus de temps pour que l'accumulation de chaleur et l'écrouissage affectent le tranchant de l'outil.

Outil ing

La pointe en carbure revêtue de PVD est l'outil le plus adapté pour couper le titane. Des revêtements d'outils plus récents et plus avancés peuvent également être fournis, tels que TiAIN (nitrure d'aluminium et de titane). Le titane est un matériau élastique, cet outil pointu est donc absolument essentiel. Les outils émoussés essuieront la surface et provoqueront des secousses.

Contrôle de la puce

Le titane produit de longs copeaux qui peuvent facilement endommager l'outil et marquer la surface de la pièce. De plus, les copeaux longs et fins ne sont pas idéaux car ils n'aident pas à évacuer la chaleur de la zone de travail. Par conséquent, lors de l'usinage du titane, les outils et les trajectoires d'outils idéaux sont idéaux pour produire des copeaux plus petits et plus épais.

Chemin d'outil

Le choix de la bonne trajectoire d'outil lors de l'usinage du titane est aussi important que le choix du bon outil. Lors de l'usinage du titane, il est absolument nécessaire de s'assurer que la trajectoire de l'outil engage toujours la pièce. Lors de la découpe d'une rainure, la trajectoire de l'outil combinée à un motif cycloïde réduira le temps nécessaire à toute rainure pour s'engager dans le matériau, ce qui contribue à limiter l'accumulation de chaleur. Faire entrer et sortir l'outil de coupe de la pièce permet de réduire les chocs et les mouvements brusques qui peuvent gravement endommager l'outil.

Machine-outil

Une machine-outil robuste est essentielle pour réussir l'usinage du titane. La fraiseuse en titane idéale doit être rigide et la broche doit pouvoir tourner à faible vitesse de broche et à couple élevé. Cela permet d'absorber les vibrations et de réduire les vibrations lors de la coupe, ce qui est un problème courant lors de l'usinage des alliages de titane.

Avantages et inconvénients de l'usinage du titane

L'alliage de titane présente les avantages d'un poids léger, d'une résistance élevée, d'une bonne résistance à la corrosion, etc., il est donc largement utilisé dans l'industrie automobile. L'alliage de titane le plus utilisé est dans les systèmes de moteurs automobiles. La faible densité de l'alliage de titane permet de réduire la masse d'inertie des pièces mobiles. Dans le même temps, le ressort de soupape en titane peut augmenter les vibrations libres, réduire les vibrations de la carrosserie du véhicule et augmenter le régime moteur et la puissance de sortie.

Le choix d'un alliage de titane peut réduire la contrainte de charge des pièces associées et réduire la taille des pièces, réduisant ainsi la qualité du moteur et de l'ensemble du véhicule. La réduction de la masse inertielle des pièces réduit les vibrations et le bruit et améliore les performances du moteur. L'application d'alliage de titane sur d'autres pièces peut améliorer le confort du personnel et la beauté de la voiture. Dans l'application de l'industrie automobile, l'alliage de titane a joué un rôle inestimable dans l'économie d'énergie et la réduction de la consommation.

Haute résistance à la corrosion, excellente biocompatibilité et le meilleur rapport résistance/poids de tous les métaux. Ces qualités font de l'alliage de titane un matériau particulièrement recherché dans les industries aérospatiale et médicale.

En raison de son affinité pour les autres éléments, le titane ne peut pas être trouvé naturellement, des processus complexes et énergivores sont donc nécessaires pour l'affiner. Cela signifie que le prix des alliages de titane est beaucoup plus élevé que celui des autres métaux, qu'il s'agisse de la fusion initiale du métal ou du traitement ultérieur.

Un autre inconvénient majeur du titane est la difficulté technique du processus d'usinage.

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