Quelles étapes d’usinage assurent une haute résistance à la fatigue des composants en titane ?

Garantir une résistance élevée à la fatigue des composants en titane nécessite une philosophie d’usinage qui privilégie l’intégrité du matériau sous-jacent. Les fissures de fatigue s’initient invariablement à la surface ; par conséquent, l’ensemble du processus de fabrication doit être conçu pour produire une surface impeccable, exempte de concentrateurs de contraintes, de microfissures et de contraintes résiduelles de traction. Cela implique une approche rigoureuse et pluri-étagée.

Séquence d’usinage stratégique et détente des contraintes

La base des pièces résistantes à la fatigue est posée dès l’ébauche. L’enlèvement de matière agressif induit des contraintes résiduelles importantes. Pour éviter que ces contraintes ne déforment la pièce et ne créent une base instable pour la finition, un traitement thermique intermédiaire de détente des contraintes est obligatoire. Ce procédé, élément clé du traitement thermique pour l’usinage CNC, permet de relâcher les tensions accumulées dans le matériau après l’ébauche. En stabilisant la géométrie de la pièce avant toute passe de finition, nous assurons que les dimensions finales restent stables et que les opérations suivantes ne travaillent pas sur un matériau précontraint, ce qui pourrait compromettre la performance en fatigue.

Paramètres de finition contrôlés pour l’intégrité de surface

Les opérations de finition doivent être méticuleusement contrôlées afin de générer un état de contrainte résiduelle compressive à la surface. Cela s’obtient en utilisant des outils tranchants, des avances élevées et de faibles profondeurs de passe. Un outil tranchant cisaille le matériau proprement, tandis qu’une avance élevée favorise un contact plus large du rayon de nez de l’outil, induisant mécaniquement des contraintes compressives bénéfiques. À l’inverse, un outil émoussé ou une avance insuffisante polit la surface, générant de la chaleur et des contraintes de traction qui réduisent drastiquement la durée de vie en fatigue. Cette précision est la marque de notre service d’usinage de précision, où les paramètres sont ajustés pour une intégrité de surface optimale, et pas seulement pour la précision dimensionnelle.

Stratégie de trajectoire et gestion de l’état de l’outil

La trajectoire de l’outil joue un rôle critique. Les parcours d’usinage en avalant doivent être privilégiés pour garantir une charge de copeau constante et éviter les marques de retournement de l’outil, qui agissent comme des amorces de fissures. Les stratégies de fraisage trochoïdal et dynamique sont excellentes, car elles maintiennent un engagement constant de l’outil, minimisant les variations thermiques et les vibrations. De plus, une politique stricte de gestion de la durée de vie des outils est non négociable. Les outils doivent être remplacés selon une durée de vie conservatrice ou surveillés pour l’usure, afin d’éviter toute dégradation de la qualité de surface. Toutes ces stratégies sont mises en œuvre grâce à notre service d’usinage multi-axes, qui permet une orientation optimale de l’outil et des trajectoires de coupe continues.

Usinage non conventionnel et ébavurage

Pour les zones difficiles d’accès avec des outils de coupe traditionnels, des méthodes non conventionnelles comme l’usinage par décharge électrique (EDM) peuvent être utilisées. Cependant, la couche blanche (ou couche de recuit) formée par l’EDM est fragile et très nuisible à la résistance à la fatigue. Elle doit être complètement éliminée par des procédés ultérieurs tels que le tumbling et ébavurage de pièces CNC ou le polissage manuel. De même, toutes les arêtes vives et bavures doivent être soigneusement supprimées, car elles constituent des points d’amorçage idéaux pour les fissures de fatigue.

Amélioration finale de la surface

Après l’usinage, certains procédés de finition spécifiques peuvent encore améliorer la performance en fatigue. L’électropolissage est particulièrement efficace, car il dissout anodiquement la surface, éliminant la microrugosité, les microfissures et le matériau refoulé laissé par les outils de coupe. Il en résulte une surface métallurgiquement propre, avec moins de concentrateurs de contraintes. Pour les composants de très haute performance dans l’aéronautique et l’aviation, le grenaillage de précontrainte (shot peening) est souvent employé pour créer intentionnellement une couche compressive profonde et stable à la surface, suffisamment résistante pour contrer les contraintes de traction en service et ainsi prévenir l’initiation de fissures.