Usinage Titane Grade 4 (Ti-CP4) — paramètres de coupe
Le Grade 4 est le titane pur le plus résistant (Rm jusqu'à 740 MPa). Utilisé en implantologie dentaire, maritime et chimie corrosive. Plus difficile à usiner que le Grade 2 mais plus accessible que le Ti-6Al-4V.
Sécurité : Ne jamais usiner le titane à sec. Les copeaux de titane sont inflammables — arrosage HP obligatoire. Éviter l'accumulation de copeaux près de sources de chaleur.
Propriétés mécaniques
| Propriété | Valeur | Note |
|---|---|---|
| Désignation | Ti-CP4 (Grade 4) | ASTM B265 Gr.4 / ISO 5832-2 |
| Composition | Ti ≥99% (O max 0,40%) | Titane pur — teneur O/Fe détermine le grade |
| Résistance traction Rm | 550–740 MPa | Grade le plus résistant des titanes purs |
| Limite élastique Re | 480–690 MPa | Rapport Re/Rm ≈ 0,85 — écrouissage limité |
| Allongement rupture | ≥ 15% | Ductile — copeaux collants |
| Dureté | 225–280 HB | Nettement plus dur que Grade 2 (195 HB max) |
| Module élasticité | ≈ 105 GPa | 50% de l'acier — ressort/retour élastique |
| Conductivité thermique | ≈ 16 W/m·K | 4× moins que l'acier — chaleur concentrée en outil |
| Machinabilité relative | ~30–40% | Plus difficile que Grade 2 (~40%), plus facile que Ti-6Al-4V (~20%) |
| Résistance corrosion | Excellente | Milieux chlorés, acides oxydants — implants médicaux |
Comparaison grades titane
| Grade | Rm (MPa) | Dureté | Vc typique | Applications |
|---|---|---|---|---|
| Grade 2 (CP2) | 345–440 MPa | ≤195 HB | 50–80 m/min | Chimie, échangeurs, tubes, médical faible charge |
| Grade 4 (CP4) | 550–740 MPa | 225–280 HB | 40–70 m/min | Médical, dentaire, maritime haute résistance |
| Ti-6Al-4V (Grade 5) | 895–1100 MPa | 320–380 HB | 30–60 m/min | Aéronautique, implants charge, rotors |
Paramètres tournage
| Opération | Vc (m/min) | fn (mm/tr) | ap (mm) | Note |
|---|---|---|---|---|
| Ébauche | 50–70 m/min | 0,15–0,25 mm/tr | 1,5–3 mm | Arrosage HP ≥ 40 bar. Carbure non revêtu ou TiAlN. |
| Finition | 60–80 m/min | 0,05–0,12 mm/tr | 0,3–0,8 mm | Arête vive. Ra 1,6–3,2 µm atteignable. |
| Gorge / tronçonnage | 30–50 m/min | 0,05–0,10 mm/tr | largeur outil | Arrosage abondant. Outil le plus large possible. |
| Filetage | 20–35 m/min | pas×1 | — | Huile entière ou semi-synthétique. Outil chasse-copeau. |
Paramètres fraisage / perçage
| Opération | Vc (m/min) | fz (mm/dt) | ae | Note |
|---|---|---|---|---|
| Ébauche contour | 40–60 m/min | 0,04–0,08 mm/dt | 20–30% D | Fraise 4 dents, hélice 45°, ap ≤ 1,5×D. HP obligatoire. |
| Fraisage trochoïdal | 50–70 m/min | 0,03–0,06 mm/dt | 5–10% D | Recommandé pour les poches — réduit la chaleur. |
| Finition | 50–70 m/min | 0,02–0,05 mm/dt | 5–15% D | ap = 0,3–0,8×D. Surface Ra < 1,6 µm. |
| Perçage | 20–35 m/min | — | Foret carbure, canaux internes, HP indispensable si L/D > 3. |
3 pièges courants
Chaleur concentrée en arête — risque incendie
La faible conductivité thermique du titane concentre 80% de la chaleur dans l'outil. Sans arrosage HP, l'arête monte à >600°C : usure rapide et risque d'incendie des copeaux (Ti brûle spontanément). Arrosage HP ≥ 40 bar en tournage, ≥ 50 bar en fraisage. Ne jamais usiner titane à sec.
Écrouissage de surface et micro-fissures
Le titane écrouïsse facilement lors de l'usinage, surtout avec un outil usé ou une avance trop faible. L'outil doit toujours couper, jamais frotter. Maintenir fn ≥ 0,08 mm/tr en finition tournage. Remplacer l'outil dès apparition d'usure en dépouille VB > 0,2 mm.
Retour élastique — cotes dérivantes
Module de 105 GPa = retour élastique important après bridage. Pièces fines (parois < 3 mm) : prévoir surcote de 0,05–0,10 mm en finition. Mesurer hors machine. Les montages en étau standard peuvent déformer les pièces creuses.
📖 Voir aussi : Fiche Ti-6Al-4V — grade aéronautique · Guide usinage titane