Guide de moulage à la cire perdue en titane

Titane coulée d'investissement Il s'agit d'un procédé de fabrication de précision qui permet de créer des pièces métalliques complexes en coulant du titane en fusion dans des moules en céramique. Cette méthode produit des composants de haute qualité avec une excellente précision dimensionnelle et des finitions de surface supérieures.

Ce procédé allie les propriétés exceptionnelles du titane – notamment sa haute résistance, sa résistance à la corrosion et son faible poids – à la flexibilité de conception du moulage à la cire perdue. De l'aéronautique aux dispositifs médicaux, des industries comme l'aéronautique s'appuient sur cette technique pour créer des composants critiques difficiles, voire impossibles à fabriquer avec les méthodes traditionnelles.

Qu'est-ce que le moulage à la cire perdue en titane ?

Le moulage à la cire perdue en titane est une méthode de fabrication de précision permettant de créer des pièces complexes en titane. Ce procédé utilise un modèle en cire entouré de matériau céramique pour former un moule.

Plus important encore : cette technique produit des pièces de forme quasi nette avec une excellente finition de surface et la précision dimensionnelle. Contrairement à d'autres méthodes, le moulage à la cire perdue minimise le gaspillage de matière et réduit le temps d'usinage.

Ce procédé est particulièrement efficace pour le titane, car il fond le métal sous vide. Cela évite la contamination et garantit que la pièce finale conserve les propriétés exceptionnelles du titane.

Procédé de moulage à la cire perdue en titane

Étape 1 : Création du modèle

Les ingénieurs créent un modèle en cire précis correspondant aux dimensions souhaitées de la pièce. Ce modèle inclut tous les détails du composant final en titane.

Étape 2 : Assemblage

Plusieurs modèles en cire sont fixés à une carotte centrale. Cela crée une structure arborescente permettant un moulage efficace de plusieurs pièces.

Étape 3 : Construction de la coque

Les ouvriers trempent l'assemblage en cire dans la barbotine céramique à plusieurs reprises. Chaque couche sèche avant l'application de la suivante.

La coque en céramique nécessite généralement 5 à 10 couches pour une résistance adéquate. Cette coque sert de moule pour le titane.

Étape 4 : Élimination de la cire

La chaleur fait fondre la cire de la coque en céramique, créant ainsi une cavité à la forme exacte de la pièce souhaitée.

Étape 5 : Préchauffage

Le moule en céramique est chauffé à des températures extrêmes avant de recevoir le titane en fusion. Cela évite les chocs thermiques et assure un bon écoulement du métal.

Étape 6 : Fonte et coulage

Le titane fond dans un four sous vide pour éviter l'oxydation. Le métal en fusion est ensuite versé dans le moule en céramique préchauffé.

Les environnements sous vide ou sous gaz inerte protègent le titane de la contamination.

Étape 7 : Refroidissement et retrait

La pièce moulée refroidit dans des conditions contrôlées. Les ouvriers brisent ensuite la coque en céramique pour révéler la pièce en titane.

Étape 8 : Finition

Les dernières étapes comprennent l'élimination de l'excédent de matière et les traitements de surface. Le contrôle qualité garantit la conformité de la pièce aux spécifications.

Types d'alliages de titane

Le moulage à la cire perdue fonctionne avec divers types d'alliages de titane, chacune offrant des propriétés uniques.

• Titane commercialement pur (grades 1 à 4): Offre une excellente résistance à la corrosion et une excellente formabilité. Utilisé dans le traitement chimique et les applications marines.
• Ti-6Al-4V (Niveau 5): L'alliage de titane le plus courant, contenant 6 % d'aluminium et 4 % de vanadium. Il offre un excellent rapport résistance/poids pour les composants aérospatiaux.
• Ti-6Al-4V ELI (catégorie 23):Version interstitielle extra-basse de grade 5. Préférée pour les implants médicaux en raison de sa résistance supérieure à la fracture.
• Ti-6Al 2Sn-4Zr-2Mo: Maintient sa résistance à des températures élevées jusqu'à 1000 °F. Idéal pour les composants de moteurs à réaction.
• Ti-3Al-2.5V: Offre une bonne soudabilité et une résistance modérée. Utilisé couramment dans les tubes hydrauliques et les équipements sportifs.
• Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al (Ti-15-3-3-3)Alliage bêta traitable thermiquement et présentant une excellente formabilité à froid. Utilisé dans les fixations et les ressorts.

Avantages des moulages à la cire perdue en titane

Les moulages à la cire perdue en titane offrent des avantages impossibles à obtenir avec d’autres méthodes de fabrication.

• Géométrie complexeCrée des passages internes complexes et des parois minces impossibles à réaliser par usinage. Les pièces regroupent plusieurs composants en une seule pièce moulée.
• Finition de surface supérieure: Produit des surfaces lisses nécessitant un post-traitement minimal. La rugosité de surface typique est de 125 à 250 RMS.
• Précision dimensionnelle: Maintient des tolérances de ± 0.005 pouce par pouce. Élimine la plupart des opérations d'usinage secondaires.
• Propriétés matérielles: Préserve la solidité et la résistance à la corrosion du titane. La fusion sous vide prévient la contamination.
• Efficacité des coûts:Réduit le gaspillage de matériaux à près de zéro. Les pièces complexes coûtent moins cher que l'usinage intensif à partir de blocs solides.
• Perte de poidsPermet des structures creuses et des conceptions optimisées. Essentiel pour l'efficacité énergétique de l'industrie aérospatiale.
• LIBERTÉ DE CONCEPTIONPermet des contre-dépouilles, des angles rentrants et des épaisseurs de paroi variables. Les ingénieurs optimisent les performances sans contraintes de fabrication.

Applications des moulages à la cire perdue en titane

• Industrie aerospatialeLes aubes de turbine, les composants de compresseur et les supports structurels dépendent de la résistance thermique du titane. Les avions bénéficient ainsi d'un gain de poids sans sacrifier la résistance.
• Droit médicalLes instruments chirurgicaux, les implants et les prothèses utilisent des alliages de titane biocompatibles. Le moulage par cire perdue crée des géométries complexes pour un ajustement anatomique.
• Marine:Les pales d'hélice, les composants de pompe et les équipements sous-marins résistent à la corrosion due à l'eau salée. Le titane surpasse les autres matériaux dans les environnements océaniques difficiles.
• Industrie chimique:Les vannes, les raccords et les composants du réacteur manipulent les produits chimiques corrosifs en toute sécurité. La nature inerte du titane prévient la contamination.
• Production d'électricitéLes pièces des turbines à gaz et les échangeurs de chaleur fonctionnent à des températures extrêmes. Le titane moulé à la cire perdue maintient ses performances sous contrainte.
• AutomobileLes composants de moteurs et les systèmes d'échappement hautes performances bénéficient des propriétés du titane. Les applications de course privilégient la réduction du poids.
• DéfenseLes avions militaires, les navires de guerre et les systèmes blindés intègrent des pièces moulées en titane. Ce matériau répond à des exigences de performance strictes.