Usinage du titane : Grade 2, Grade 5, Ti-6Al-4V et TA6V

Les différentes nuances de titane

Il existe de nombreuses nuances de titane, généralement identifiées par un numéro de Grade.

Pour l’usinage mécanique, deux nuances sont particulièrement courantes :

• Titane Grade 2 : titane commercialement pur, privilégié pour sa résistance à la corrosion et sa ductilité ;
• Titane Grade 5 / Ti-6Al-4V : alliage de titane à très haute résistance mécanique, très utilisé dans les applications aéronautiques et mécaniques.

D’autres nuances comme les Grades 1, 3, 4, 7, 9, 12 ou 23 existent pour des applications spécifiques, mais sont nettement moins courantes en usinage industriel général.

Titane Grade 2 – 3.7035

Le Titane Grade 2 est l’une des nuances de titane commercialement pur les plus utilisées.

Il est notamment connu sous les désignations :

• Titanium Grade 2
• Titane Grade 2
• Ti Grade 2
• CP Titanium Grade 2
• Commercially Pure Titanium
• 3.7035
• UNS R50400

Le Grade 2 contient très peu d’éléments d’alliage. Il est principalement choisi pour son excellente résistance à la corrosion, sa bonne ductilité et sa bonne aptitude à la mise en forme.

Il présente une résistance mécanique inférieure au Grade 5, mais reste particulièrement intéressant dans les environnements chimiques ou marins.

Applications du Titane Grade 2

Le Titane Grade 2 est notamment utilisé pour :

• composants de pompes ;
• pièces de vannes ;
• équipements chimiques ;
• échangeurs ;
• pièces exposées à l’eau de mer ;
• équipements pharmaceutiques ;
• composants médicaux ;
• équipements de traitement de l’eau ;
• pièces de machines spéciales.

Lorsque la résistance à la corrosion constitue la principale contrainte et qu’une très haute résistance mécanique n’est pas nécessaire, le Grade 2 constitue souvent un excellent choix.

Titane Grade 5 – Ti-6Al-4V – TA6V

Le Titane Grade 5 est de loin l’alliage de titane le plus connu pour les applications mécaniques à hautes performances.

Il peut être rencontré sous de nombreuses désignations :

• Titanium Grade 5
• Titane Grade 5
• Ti Grade 5
• Ti-6Al-4V
• Ti6Al4V
• Ti-6Al4V
• Ti64
• TA6V
• 3.7165
• UNS R56400

La désignation Ti-6Al-4V provient de sa composition comprenant approximativement 6 % d’aluminium et 4 % de vanadium.

En France et dans certains secteurs européens, la désignation TA6V reste également très utilisée sur les plans et dans les cahiers des charges.

Pourquoi le Titane Grade 5 est-il autant utilisé ?

Le Grade 5 / Ti-6Al-4V offre une combinaison remarquable entre :

• très haute résistance mécanique ;
• faible densité ;
• excellente résistance à la corrosion ;
• bonne résistance à la fatigue ;
• bonne tenue à température modérée ;
• excellente résistance spécifique.

Sa densité est d’environ 4,4 g/cm³, contre environ 7,8 à 8,0 g/cm³ pour de nombreux aciers et inox.

Il permet donc de fabriquer des composants beaucoup plus légers tout en conservant des caractéristiques mécaniques élevées.

C’est l’une des principales raisons de son utilisation dans l’aéronautique et le spatial.

Applications du Titane Grade 5 / TA6V

Le Grade 5 est utilisé pour fabriquer des pièces mécaniques fortement sollicitées :

• axes ;
• arbres ;
• pièces structurelles ;
• supports ;
• composants aéronautiques ;
• composants spatiaux ;
• pièces de turbines ;
• pièces mécaniques haute performance ;
• composants automobiles et compétition ;
• pièces médicales ;
• visserie spéciale ;
• composants de machines spéciales.

Le TA6V / Ti-6Al-4V est particulièrement intéressant lorsque la réduction de masse doit être combinée à une résistance mécanique importante.

Titane Grade 23 – Ti-6Al-4V ELI

Le Titane Grade 23 est une variante du Ti-6Al-4V présentant des teneurs réduites en éléments interstitiels.

Il est notamment connu comme :

• Titanium Grade 23
• Ti-6Al-4V ELI
• Ti6Al4V ELI
• Grade 23 ELI
• UNS R56407

ELI signifie Extra Low Interstitials.

Cette qualité présente notamment une excellente ténacité et est particulièrement utilisée dans certaines applications médicales, implantables, aéronautiques et cryogéniques.

Il s’agit toutefois d’une nuance plus spécifique que le Grade 5 standard.

Titane Grade 1, Grade 3 et Grade 4

Les Grades 1 à 4 appartiennent à la famille des titanes commercialement purs.

Leur résistance mécanique augmente globalement du Grade 1 vers le Grade 4.

Le Grade 1 privilégie la ductilité et la mise en forme, tandis que le Grade 4 présente les caractéristiques mécaniques les plus élevées parmi les principaux grades de titane commercialement pur.

Ces nuances sont utilisées dans des applications chimiques, médicales et industrielles spécifiques.

Pour la majorité des demandes d’usinage mécanique, le Grade 2 reste cependant la nuance de titane pur la plus courante.

Pourquoi choisir le titane ?

Le titane est principalement choisi lorsqu’un projet nécessite une combinaison difficile à obtenir avec un matériau conventionnel.

Ses principaux avantages sont :

• excellent rapport résistance/poids ;
• faible densité ;
• très bonne résistance mécanique pour les nuances alliées ;
• excellente résistance à la corrosion ;
• excellente résistance à l’eau de mer ;
• bonne résistance à la fatigue ;
• matériau amagnétique ;
• bonne biocompatibilité pour les qualités adaptées.

Son principal inconvénient reste son coût, aussi bien au niveau de la matière que de l’usinage.

Le titane est donc principalement réservé aux applications où ses performances apportent un véritable avantage technique.

Usinage du titane

Le titane possède la réputation d’être une matière difficile à usiner. Cette difficulté ne vient pas uniquement de sa résistance mécanique.

Sa faible conductivité thermique entraîne une concentration importante de chaleur au niveau de l’arête de coupe plutôt que son évacuation dans la pièce et les copeaux.

Cette caractéristique peut provoquer une usure rapide des outils si les paramètres d’usinage ne sont pas correctement adaptés.

L’usinage du titane nécessite donc :

• des outils adaptés ;
• une bonne rigidité de montage ;
• des paramètres de coupe maîtrisés ;
• une lubrification efficace ;
• une évacuation correcte des copeaux ;
• des stratégies limitant l’échauffement.

Le Ti-6Al-4V / Grade 5 est notamment plus exigeant à usiner que le titane Grade 2.

Usinage du titane chez MIP

Chez MIP, nous pouvons étudier la fabrication de pièces de précision dans différentes nuances de titane.

Nous réalisons notamment :

• tournage CNC ;
• fraisage CNC 3 et 4 axes ;
• perçage ;
• taraudage ;
• filetage ;
• alésage ;
• rainurage ;
• gravure ;
• prototypes ;
• pièces unitaires ;
• petites et moyennes séries.

Une attention particulière est portée au choix des outils et des paramètres de coupe afin de maîtriser l’échauffement, l’usure des outils et la qualité de finition.

Approvisionnement du titane

Le titane étant une matière coûteuse et moins courante que l’acier, l’aluminium ou l’inox, MIP ne maintient pas nécessairement toutes les nuances et dimensions en stock.

Nous nous appuyons sur des fournisseurs européens spécialisés pour l’approvisionnement des nuances demandées.

Les qualités les plus courantes comme le Titane Grade 2 et le Titane Grade 5 / Ti-6Al-4V sont disponibles dans de nombreuses dimensions.

Selon la nuance et le projet, le titane peut notamment être obtenu sous forme de :

• barres rondes ;
• plaques ;
• tôles ;
• tubes ;
• ébauches.

Pour les dimensions ou grades plus spécifiques, la disponibilité et le délai sont vérifiés lors de la demande de prix.

Certificat matière 3.1

Pour les applications nécessitant une traçabilité de la matière, MIP peut fournir sur demande un certificat matière EN 10204 type 3.1, selon la matière sélectionnée et son approvisionnement.

Pour les projets aéronautiques, médicaux ou soumis à un cahier des charges particulier, il est important de préciser dès la demande de prix la norme matière exacte, le grade, l’état de livraison et les certificats requis.

MIP : usinage du Titane Grade 2 et Grade 5

MIP accompagne les industriels dans la réalisation de pièces de précision en titane, notamment en Titane Grade 2 / 3.7035 et Titane Grade 5 / Ti-6Al-4V / Ti64 / TA6V / 3.7165.

Nous pouvons également étudier des demandes dans d’autres nuances spécifiques comme le Grade 23 / Ti-6Al-4V ELI, selon la disponibilité de la matière et les exigences du projet.

Du prototype à la petite et moyenne série, nous pouvons prendre en charge l’approvisionnement de la matière, le certificat 3.1 sur demande, l’usinage, les finitions et le contrôle final.

Notre expérience de l’usinage de matières techniques permet à MIP de répondre aux projets où le faible poids, la résistance mécanique, la corrosion, la précision et la traçabilité constituent des critères essentiels.