La résistance exceptionnelle à l'usure delames en carbure de tungstèneBien que supérieur à la plupart des autres matériaux d'outils de coupe, ce matériau est néanmoins sujet à une détérioration progressive due à de multiples mécanismes simultanés lors d'une utilisation continue et prolongée. La compréhension de ces processus d'usure est essentielle pour développer des solutions efficaces et optimiser les performances des lames dans les applications industrielles.
1. Usure abrasive
L'usure abrasive représente l'un des mécanismes d'usure les plus courants et les plus importants sur le plan économique.lames en carbure de tungstèneen fonctionnement continu. Ce processus se produit lorsque des inclusions dures ou des particules écrouies présentes dans le matériau de la pièce interagissent mécaniquement avec la surface de la lame, entraînant un enlèvement progressif de matière par micro-coupe et micro-labourage. L'extrême dureté degrains de carbure de tungstèneCe matériau offre une résistance considérable à ce mécanisme d'usure, mais la phase de liant cobalt, relativement plus tendre, est plus sensible à l'abrasion, ce qui peut entraîner la saillie des grains de WC et leur fracture ou leur arrachement. Les recherches indiquent que l'usure abrasive est particulièrement fréquente lors de l'usinage de matériaux contenant des constituants abrasifs tels que les alliages silicium-aluminium, les matériaux composites ou les pièces présentant une couche superficielle durcie.
Le taux d'usure abrasive est influencé par plusieurs facteurs, notamment la taille et la morphologie des particules abrasives, les propriétés mécaniques de la pièce et du matériau de la lame, ainsi que les conditions de coupe. Les observations industrielles confirment que l'usure abrasive se manifeste généralement par une usure uniforme de la face de dépouille de l'outil ou par la formation de rainures le long de la surface de contact copeau-outil. Le taux d'usure est généralement directement proportionnel à la distance de coupe et inversement proportionnel à la dureté de coupe.
2. Usure diffuse
L'usure par diffusion, également appelée usure par dissolution-diffusion, devient particulièrement importante dans les applications d'usinage à haute température où les températures de coupe dépassent 800 °C. À ces températures élevées, les constituants chimiques de l'outil en carbure de tungstène et du matériau de la pièce deviennent de plus en plus mobiles, ce qui entraîne une diffusion mutuelle à l'interface outil-pièce. Ce phénomène est particulièrement marqué lors de l'usinage de matériaux ferreux, où le fer de la pièce peut diffuser dans l'outil en carbure tandis que le carbone, le tungstène et le cobalt de l'outil diffusent dans le copeau.
Le processus de diffusion modifie fondamentalement la composition et les propriétés des couches superficielles de la lame. La migration des atomes de carbone depuis la surface de la lame déstabilise les cristaux de WC, entraînant une réduction de la dureté globale et de l'intégrité mécanique. Simultanément, la diffusion du cobalt affaiblit la liaison entre les grains de carbure de tungstène, compromettant davantage la stabilité structurelle de la lame. Cette dégradation chimique se traduit généralement par la formation d'une usure en cratère sur la face de coupe de l'outil, la profondeur d'usure maximale se situant à l'endroit où la température est la plus élevée. Des études ont démontré que l'incorporation de carbure de titane (TiC) dans la composition du carbure de tungstène peut réduire significativement l'usure par diffusion grâce au coefficient de diffusion plus faible du TiC par rapport au WC et à sa capacité à former des couches protectrices d'oxyde de titane à haute température.
3. Usure adhésive et chimique
L'usure par adhérence se produit lorsque des fragments microscopiques du matériau de la pièce se soudent à la surface de l'outil sous l'effet combiné de la pression et de la température élevées à l'interface outil-pièce. Ces jonctions adhésives peuvent ensuite se rompre lors du mouvement relatif, entraînant le détachement de fines particules de la surface de l'outil. Ce mécanisme est particulièrement fréquent lors de l'usinage de matériaux ductiles ayant tendance à adhérer.outils de coupe, comme les alliages d'aluminium ou certains aciers inoxydables.
Parallèlement, les processus d'usure chimique, notamment l'oxydation et d'autres réactions thermochimiques, peuvent contribuer de manière significative à la dégradation des pales, en particulier dans les environnements à haute température.carbure de tungstèneLe tungstène peut s'oxyder pour former de l'oxyde de tungstène et du dioxyde de carbone à des températures supérieures à 600 °C. Le liant au cobalt est également sensible à l'oxydation, ce qui peut entraîner la désintégration de la phase liante de la lame et la perte consécutive de grains de carbure de tungstène. La présence de certains éléments chimiques dans les matériaux de la pièce, tels que le chlore ou le soufre dans certains alliages, peut accélérer ces processus d'usure chimique par la formation de produits de réaction volatils ou de faible résistance.
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Date de publication : 24 octobre 2025
