Titane et Inconel : Iscar facilite l’usinage

Les alliages et superalliages utilisés dans les pièces des turboréacteurs nécessite des outils coupants aux performances très élevées. Iscar a mis au point des nuances de céramique et de carbure pour répondre à ces défis.

Les matériaux utilisés dans les pièces de moteur à réaction sont particulièrement exigeants à usiner. Car, en plus d’être résistantes, elles doivent survivre à des températures extrêmes, et tout en étant aussi légers que possible. Les composants du compresseur du réacteur sont principalement constitués d’alliages de titane, tandis que ceux de la chambre de combustion et de la turbine sont généralement constitués d’un superalliage à base de nickel, tel que l’Inconel 718.
Ces matériaux présentent des propriétés, comme la limite d’élasticité élevée et la résistance à la traction, la fatigue, la corrosion et l’oxydation, même à des températures élevées. Les alliages réfractaires contiennent 35 à 75% de nickel et 15 à 22% de chrome. Ils constituent environ 30% des besoins matériels totaux dans la fabrication d’un moteur d’avion, et sont également utilisés comme matériau de structure pour divers composants du moteur principal des navettes spatiales.

Contraintes de cisaillement

Les mêmes propriétés, qui font des alliages à base de nickel un si bon choix pour les pièces de moteur à réaction, engendrent également des difficultés d’usinage importantes. Les efforts de coupe et la température à l’arête sont extrêmement élevées, en raison des fortes contraintes de cisaillement développées et de la faible conductivité thermique. Ceci, associé à la réaction des réfractaires à base de nickel avec le matériau de l’outil, entraîne un écrouissage et une adhérence des copeaux sur la surface de la pièce et une usure excessive des outils, limitant ainsi les vitesses de coupe.
Toutes ces caractéristiques contribuent à réduire les taux d’enlèvement de matière et à réduire la durée de vie des outils, entraînant des coûts d’usinage considérables.
En raison de leur rapport résistance/poids élevé et de leur excellente résistance à la corrosion, les pièces en alliage de titane conviennent parfaitement aux systèmes aérospatiaux avancés. Les alliages qui contiennent 86-99,5% de titane et 5-8% d’aluminium sont résistants dans presque tous les milieux auxquels ils seraient exposés dans un environnement aérospatial.

Résistance à la température

De très grandes quantités de titane peuvent être trouvées dans les réacteurs, où les pièces en alliage de titane représentent entre 25 et 30% du poids, principalement dans le compresseur. Le rendement élevé de ces moteurs est obtenu en utilisant des alliages de titane dans des composants, tels que des aubes de fans et de compresseurs, rotors, disques, moyeux et d’autres pièces non rotatives, comme les redresseurs primaires et secondaires. Sauf que le titane a toujours été perçu comme un matériau difficile à usiner, en raison de ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques.
La résistance à la température relativement élevée du matériau et sa faible conductivité thermique ne permettent pas à la chaleur générée de se dissiper de l’outil de coupe, ce qui entraîne pour l’outil une déformation et une usure excessives de celui-ci. Les alliages de titane conservent leur résistance à des températures élevées, entraînant une déformation plastique relativement élevée et des usures en entailles au niveau de la profondeur de passe. Lors de l’usinage, la réactivité chimique élevée des alliages de titane provoque le collage des copeaux sur l’outil, avec des problèmes d’arêtes rapportées et de maîtrise des copeaux.

Les nuances

Au cours des dernières années, Iscar a investi de nombreuses ressources en R&D pour résoudre ces obstacles et optimiser l’usinage des alliages de titane et réfractaires à base de nickel, avec des solutions comprenant la création de nuances personnalisées des outils pour gérer les problèmes de chaleur.
Iscar a par exemple mis au point des nuances de céramique pour faciliter l’usinage des alliages à base de nickel, à des vitesses de coupe de 200 à 400 m/min.
IW7. Dureté élevée et excellente ténacité pour les opérations de d’ébauche et de semi-finition à des vitesses de coupe 8 à 10 fois supérieures à celles des nuances de carbure.
IS25 et IS35. L’IS25 est la solution pour l’usinage d’alliages réfractaires à base de nickel dans des applications continues et légèrement interrompues. Tandis que l’IS35 convient pour des applications légèrement et lourdement interrompues.
Une autre série de nuances de carbure a été développée spécifiquement pour l’usinage des alliages de titane et à base de nickel.
IC806. Un substrat submicronique dur associé à une fine couche de revêtement PVD TiAlN mince. Un traitement spécial crée une couche de revêtement plus mince et plus lisse, dotant la plaquette des caractéristiques les plus appropriées pour l’usinage des alliages de titane et à base de nickel.
IC804. Même revêtement PVD TiAlN sur un substrat submicronique encore plus dur conçu spécialement pour l’usinage des alliages à base de nickel utilisés dans les pièces des réacteurs de nouvelle génération, présentant une très grande dureté (40-47 HRC).
IC20. Une nuance de carbure non revêtue recommandée pour l’usinage de l’aluminium et du titane. Elle est principalement utilisée pour les applications en coupe continue.