Le molybdène est un métal utilisé dans les composants aéronautiques, les turbines et les outils de coupe en raison de son excellente dureté et de sa résistance. L'usinage du molybdène peut s'avérer complexe lorsqu'on envisage son utilisation dans les outils de coupe.
Comment relever le défi de l'usinage du molybdène ? Dans ce guide détaillé, vous apprendrez à usiner des pièces en molybdène, les techniques de fabrication à utiliser et des conseils pour surmonter les problèmes d'usinage.
Qu'est-ce que le molybdène ?
IMAGE EN VEDETTE : Molybdène métallique
Le molybdène est un métal dont la résistance est comparable à celle de l'acier inoxydable et qui présente une résistance élevée à la chaleur et à la corrosion, ce qui le rend favorable à de nombreuses applications et à la fabrication de pièces.
Le molybdène possède une excellente conductivité thermique et électrique et un faible coefficient de dilatation thermique, ce qui signifie que vous pouvez l'utiliser dans des applications à fortes contraintes et à forte chaleur.
Le molybdène est également un élément d'alliage mélangé à d'autres métaux, généralement à l'acier inoxydable, pour améliorer sa résistance et sa ténacité.
Voici une comparaison rapide du molybdène avec l’acier inoxydable.
| Propriété | Acier Inoxydable | Molybdène |
| Densité | 8000 kg / m3 | 10,200 kg / m3 |
| Point de fusion | 1,400 ° C | 2623 ° C |
| Résistance à la traction | Jusqu'à 860 MPa (304) | Jusqu'à 900 MPa |
| Conductivité électrique | Mauvais | Bon |
| La conductivité thermique | 16.2 W / mK | 138 W / mK |
| Dureté | Jusqu'à 200 HB | Jusqu'à 250 HB |
Alliages de molybdène
Le molybdène est un élément hautement alliageable et, souvent, les alliages de molybdène ont de meilleures propriétés que le molybdène pur, ce qui le rend utile dans diverses industries.
TITRE : Molybdène et autres métaux d'alliage
Alliage TZM
L'alliage titane-zirconium-molybdène est composé à 99.4 % de molybdène, avec 0.5 % de titane, 0.08 % de zirconium et 0.02 % de carbone. L'alliage TZM présente une conductivité thermique inférieure (126 W/mK) à celle du molybdène pur (138 W/mK), mais une résistance au fluage supérieure.
Alliage molybdène-lanthane
L'alliage Mo-La contient entre 0.3 et 0.5 % de lanthane, ce qui le rend plus ductile que le molybdène pur. Il améliore également la stabilité thermique, ce qui rend les alliages molybdène-lanthane utiles dans les pièces de four.
Alliage molybdène-hafnium-carbone
Cet alliage de molybdène est utilisé dans les tuyères de fusées et les turbines à gaz en raison de sa résistance aux températures élevées et de sa conductivité thermique. La teneur en carbone de 0.005 % favorise la formation de carbures, augmentant ainsi sa dureté.
Propriétés d'usinage du molybdène
En comprenant le molybdène et l’effet des éléments d’alliage sur la résistance et la ténacité, vous pouvez mieux comprendre les propriétés d’usinage du molybdène.
Usinabilité du molybdène
Le molybdène est difficile à usiner, principalement en raison de sa dureté élevée et de sa fragilité à température ambiante. L'écrouissage lors de la découpe du molybdène constitue un autre défi.
1. Dureté du molybdène
Le molybdène est naturellement résistant. L'usinage du molybdène est abrasif pour outils de coupe et peut réduire considérablement la durée de vie de l'outil en raison de sa résistance élevée.
2. Fragilité du molybdène
Lors de l'usinage CNC du molybdène, celui-ci est exposé à l'oxygène, ce qui le rend fragile et sujet aux fissures. Le molybdène est facilement fracturé, c'est pourquoi des outils de coupe CNC spéciaux sont utilisés pour ce matériau.
3. Durcissement
Lorsqu'un métal se déforme à des températures inférieures à la recristallisation, il devient plus dur et plus résistant. L'usinage CNC du molybdène produit du molybdène écroui, ce qui rend son usinage encore plus difficile.
Ces facteurs se combinent pour affecter la usinabilité de molybdène, ce qui le rend difficile à couper, sujet à l'écaillage et aux fissures, et abrasif pour les outils de coupe.
Production de chaleur
L'usinage du molybdène pose un autre défi à la pointe de l'outil : la génération excessive de chaleur. Le molybdène a un point de fusion élevé, ce qui est avantageux pour l'usinage, mais son abrasivité contribue à un frottement important à la pointe de coupe.
La chaleur provenant des opérations de coupe telles que le tournage et le fraisage peut rapidement user l'outil au lieu de ramollir la pièce.
Bord bâti (BUE)
La plupart des métaux ductiles produisent des copeaux qui adhèrent à la pièce, ce qui entraîne un colmatage et une coupe inefficace. Le molybdène présente l'avantage de produire des copeaux friables qui se détachent de la pièce.
Résistance à la corrosion
Le molybdène résiste à l'oxydation et à la corrosion pour les applications à température ambiante. Le choix du liquide de refroidissement n'est donc pas limité par les facteurs de corrosion. Des liquides de refroidissement à base d'eau et d'huile peuvent être utilisés, ce qui réduit les coûts.
Pour la découpe à grande vitesse, produisant des températures autour de 600 °C, vous devez prendre en compte les risques d'oxydation et la formation de couches d'oxyde, qui peuvent rendre le post-traitement et le traitement de surface difficiles.
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Conseils pour surmonter les défis de l'usinage
TITRE : Outils de coupe
Usure des outils
Le molybdène et ses alliages, notamment les alliages de tungstène, usent les outils de coupe environ 30 % plus vite que l'acier inoxydable. Cela augmente les temps d'arrêt et de changement d'outils, augmentant ainsi directement les coûts d'usinage des pièces usinées en molybdène.
La solution consiste à utiliser des outils en carbure de tungstène de qualité C2, car l'acier rapide ne permet pas de réaliser de longues séries de production. Vous pouvez aller plus loin en utilisant des angles de coupe compris entre 5 et 10° avec des outils en carbure.
Les services d'usinage CNC spécialisés dans l'usinage du molybdène utilisent des pointes revêtues de diamant pour une production à haut volume.
TITRE : Outils de fraisage multipoints en carbure
Fragilité et fissuration
Lors de l'usinage CNC du molybdène, l'écaillage des bords peut entraîner des fissures compromettant l'intégrité et la qualité de surface des pièces en molybdène.
Ce problème peut être résolu à l'aide d'un outil plus affûté avec un petit rayon d'arête d'environ 0.0001". Le guidage de la pièce en rotation pendant le tournage CNC peut réduire les vibrations, ce qui peut également limiter les fissures. Une autre solution consiste à réduire les vitesses d'avance près des bords de la pièce.
Durcissement au travail
Toute déformation plastique peut entraîner un écrouissage. Évitez donc les coupes superficielles et privilégiez une profondeur de coupe d'environ 0.015 pouce. Vous pouvez également utiliser du molybdène recuit pour l'usinage continu d'une seule pièce.
Choix du liquide de refroidissement
L'accumulation de chaleur pendant l'usinage peut être contrée grâce à des liquides de refroidissement efficaces et à l'ajustement des paramètres de coupe. Vous pouvez prolonger considérablement la durée de vie de vos outils de fraisage et de tournage CNC en utilisant des liquides de refroidissement à base de soufre qui réduisent les frottements.
Pour les opérations de perçage, de taraudage et de filetage, vous pouvez utiliser des huiles chlorées. Ces huiles de refroidissement adhèrent bien et supportent les pressions élevées lors du tournage CNC à grande vitesse.
Les huiles solubles ont une faible lubrification et sont généralement réservées au sciage du molybdène. En cas de refroidissement par inondation lors d'une coupe à grande vitesse, vous pouvez utiliser un débit de liquide de refroidissement de 35 litres/min.
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Usinage CNC du molybdène
L'usinage du molybdène peut s'avérer délicat, même avec des machines à commande numérique et des réglages automatiques. Cela n'exclut pas Usinage CNC pour pièces en molybdène.
Tournage CNC
Tournage CNC Le tournage CNC utilise une pièce rotative placée dans un mandrin et un outil de coupe fixe qui l'alimente. Il produit généralement des pièces finies cylindriques, telles que des bagues et des tiges semi-finies, destinées à un usinage ultérieur.
Pour le tournage CNC de composants en molybdène
- Outil : outils et plaquettes en carbure de qualité C2 avec un angle de coupe positif
- Liquide de refroidissement : huile à base de soufre
- Usinage à sec : Pour les coupes légères uniquement
- Vitesse d'avance : jusqu'à 0.025 pouce par tour et 0.005 à 0.010 pouce pour la finition
- Profondeur de coupe : 0.005 pouce pour la finition.
Tournage CNC en molybdène
Fraisage CNC
Fraisage CNC
fraisage CNC Utilise une pièce fixe et un outil de coupe rotatif multi-dents se déplaçant sur 3 axes pour créer des caractéristiques de surface sur une pièce. Le fraisage CNC permet de produire des rainures, des trous et des formes carrées.
Les pièces en molybdène d'un moulin peuvent être transformées en pièces en molybdène finies par CNC, comme des supports et des moules.
Pour le fraisage CNC, composants en molybdène
- Outil : Fraise en carbure avec revêtement en titane-aluminium-nickel
- Liquide de refroidissement : fluide à base de soufre
- Vitesse d'avance : 0.010 pouce par minute pour le fraisage grossier et 0.005 pouce pour les coupes finales.
- Profondeur de coupe : jusqu'à 0.005 pouce
Usinage par électroérosion à fil
L'usinage par électroérosion utilise généralement un fil-électrode qui vaporise le molybdène métallique, créant ainsi une trajectoire de coupe dans la pièce. L'électroérosion à fil est idéale pour la création de pièces usinées en molybdène de haute précision, avec une tolérance de hauteur allant jusqu'à +/- 0.0001 pouce. C'est une méthode courante pour l'usinage CNC sur mesure.
- Outil : Fil de laiton ou de cuivre
- Ampérage: 10 A
- Vitesse d'avance : 0.1 pouce par minute
Utilisez un fluide déionisé à température ambiante comme liquide de refroidissement et pour rincer le molybdène érodé.
Usinage par électroérosion à fil
Rectification CNC
Pour les applications aéronautiques, la rugosité et la qualité de surface sont primordiales. La rectification CNC permet d'obtenir une finition de haute précision sur les alliages de molybdène, avec d'excellents états de surface allant jusqu'à 2 RMS et des tolérances personnalisées allant jusqu'à +/- 0.0005 pouce.
La rectification CNC utilise une meule abrasive qui tourne dans une chambre fermée, retirant ainsi de minuscules quantités de matière de la surface en molybdène. La rectification CNC peut également être réalisée sur des surfaces courbes à l'aide d'un tour.
- Outil : meules abrasives en oxyde d'aluminium robuste ou meules diamantées
- Profondeur de coupe : 0.0001" par passe
Utilisez un liquide de refroidissement à base d’eau pour éliminer les débris.
Finition de surface pour le molybdène
L'obtention d'une finition de surface lisse sur le molybdène nécessite des techniques de finition de surface typiques.
- Polissage mécanique : il élimine les traces d'outils sur le molybdène et utilise des bandes abrasives pour gratter les fines couches de molybdène. Différents papiers abrasifs sont utilisés progressivement.
- Sablage : Ce procédé est standard pour retravailler des pièces en molybdène ou leur donner une rugosité de surface uniforme à l'aide de supports abrasifs projetés sur la surface à grande vitesse.
- Placage : Vous pouvez également galvaniser vos pièces en molybdène dans différents placages pour améliorer la durabilité ou l'esthétique.
Alliage TZM vs molybdène pur pour l'usinage
L'alliage TZM, ou alliage titane-zirconium-molybdène, contient 0.5 % de titane, 0.08 % de zirconium, 0.02 % de carbone et du molybdène. Cette composition le distingue du molybdène pur et modifie également ses propriétés.
Propriétés physiques
L'alliage TZM a une résistance plus élevée mais a un point de fusion similaire d'environ 2,610 126 °C et une conductivité thermique d'environ XNUMX W/mK.
Usinage
Il existe une très faible différence d'usinabilité entre l'alliage TZM et le molybdène. La plupart des paramètres d'usinage CNC restent identiques avec des vitesses d'avance similaires. Dans certains cas, les alliages TZM nécessitent une vitesse de tournage CNC inférieure en raison de leur résistance élevée.
Bien que la vitesse d'usinage soit ralentie, la pièce usinée en molybdène-titane est plus solide.
Applications des pièces usinées en molybdène
Le molybdène et l'alliage TZM ont des propriétés physiques et une résistance chimique exceptionnelles, ce qui en fait un bon matériau pour diverses applications.
Industrie aerospatiale
Le TZM résiste à la chaleur extrême et à l'érosion par vaporisation des gaz s'échappant des composants aérospatiaux de haute précision, comme les tuyères de fusée. De plus, les aubes de turbines en molybdène offrent une résistance à la fatigue et au fluage supérieure à celle de l'acier.
Semi-conducteurs
Les semi-conducteurs utilisent des films de molybdène déposés à l'aide de techniques de dépôt physique en phase vapeur (PVD).
Les feuilles de molybdène (fraisées) servent de base aux circuits à couches minces, et un dissipateur thermique personnalisé utilise des ailettes en molybdène découpées par EDM pour dissiper la chaleur.
Composants biomédicaux
Dans les appareils à rayons X, l'anode du tube à rayons X est fabriquée en molybdène usiné CNC pour une durabilité et une conductivité thermique accrues. Les feuilles de molybdène sont également utiles pour bloquer les rayons X.
Haute qualité Fabrication de molybdène
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Conclusion
Le molybdène, matériau robuste et conforme aux normes de régulation géométrique complexes de l'aéronautique, représente un défi majeur. Son usinage requiert un réglage précis des paramètres de coupe pour garantir précision et fiabilité.
QFP
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Le molybdène peut-il être usiné ?
Le molybdène, le TZM et les alliages de molybdène peuvent être usinés à l'aide d'un usinage traditionnel avec des outils en carbure et en diamant.
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Quelles sont les principales propriétés d’usinage du molybdène ?
Le molybdène présente une excellente résistance à la corrosion, une résistance mécanique élevée, une ténacité élevée et un point de fusion élevé. Cependant, le molybdène est un matériau peu usinable et cassant.
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Qu'est-ce que l'alliage TZM et en quoi diffère-t-il du molybdène pur ?
L'alliage TZM contient plus de 99 % de molybdène, 0.5 % de titane, 0.08 % de zirconium et 0.02 % de carbone.
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Quels outils de coupe sont recommandés pour le TZM ?
L'alliage TZM nécessite des outils de coupe en carbure C2 ou des outils de coupe en diamant, qui constituent une amélioration par rapport aux outils en carbure.
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