Alliage constitué d'un composé dur d'un métal réfractaire et d'un liant métallique obtenu par métallurgie des poudres. Le carbure cémenté présente d'excellentes propriétés, telles qu'une dureté élevée, une résistance à l'usure, une bonne résistance mécanique et ténacité, une résistance à la chaleur et à la corrosion. Sa dureté et sa résistance à l'usure restent pratiquement inchangées même à 500 °C, et sa dureté reste élevée à 1 000 °C. Le carbure est largement utilisé comme matériau d'outillage, notamment pour les outils de tournage, les fraises, les raboteuses, les forets, les outils d'alésage, etc., pour la découpe de la fonte, des métaux non ferreux, des plastiques, des fibres chimiques, du graphite, du verre, de la pierre et de l'acier ordinaire. Il peut également être utilisé pour la découpe de matériaux difficiles à usiner tels que l'acier réfractaire, l'acier inoxydable, l'acier à haute teneur en manganèse, l'acier à outils, etc. La vitesse de coupe des nouveaux outils en carbure est désormais des centaines de fois supérieure à celle de l'acier au carbone.
Application du carbure cémenté
(1) Matériau de l'outil
Le carbure est le matériau d'outillage le plus utilisé pour la fabrication d'outils de tournage, de fraises, de raboteuses, de forets, etc. Parmi ces matériaux, le carbure de tungstène-cobalt est adapté à l'usinage à copeaux courts des métaux ferreux et non ferreux, ainsi qu'à l'usinage de matériaux non métalliques tels que la fonte, le laiton moulé, la bakélite, etc. ; le carbure de tungstène-titane-cobalt est adapté à l'usinage à long terme des métaux ferreux comme l'acier. Usinage de copeaux. Parmi les alliages similaires, ceux à forte teneur en cobalt conviennent à l'ébauche, tandis que ceux à faible teneur en cobalt conviennent à la finition. Les carbures cémentés à usage général offrent une durée de vie bien supérieure à celle des autres carbures cémentés pour les matériaux difficiles à usiner comme l'acier inoxydable.
(2) Matériau du moule
Le carbure cémenté est principalement utilisé pour les matrices de travail à froid telles que les matrices d'étirage à froid, les matrices de poinçonnage à froid, les matrices d'extrusion à froid et les matrices de perçage à froid.
Les matrices de frappe à froid en carbure doivent présenter une bonne ténacité aux chocs, une bonne ténacité à la rupture, une bonne résistance à la fatigue, une bonne résistance à la flexion et une bonne résistance à l'usure, même en conditions de travail difficiles, notamment en cas d'impact ou de choc violent. Des nuances d'alliage à teneur moyenne et élevée en cobalt et à grains moyens et grossiers sont généralement utilisées, comme l'YG15C.
D'une manière générale, la relation entre la résistance à l'usure et la ténacité du carbure cémenté est contradictoire : une augmentation de la résistance à l'usure entraîne une diminution de la ténacité, et inversement. Par conséquent, lors du choix des nuances d'alliage, il est nécessaire de répondre aux exigences spécifiques de l'objet et des conditions d'usinage.
Si la nuance sélectionnée est sujette à des fissures et des dommages précoces pendant l'utilisation, la nuance avec une ténacité plus élevée doit être sélectionnée ; si la nuance sélectionnée est sujette à une usure et des dommages précoces pendant l'utilisation, la nuance avec une dureté plus élevée et une meilleure résistance à l'usure doit être sélectionnée. . Les nuances suivantes : YG15C, YG18C, YG20C, YL60, YG22C, YG25C De gauche à droite, la dureté diminue, la résistance à l'usure diminue et la ténacité augmente ; au contraire, l'inverse est vrai.
(3) Outils de mesure et pièces résistantes à l'usure
Le carbure est utilisé pour les incrustations de surface résistantes à l'usure et les pièces d'outils de mesure, les roulements de précision des meuleuses, les plaques de guidage et les tiges de guidage des meuleuses sans centre, les plateaux de tours et autres pièces résistantes à l'usure.
Les métaux liants sont généralement des métaux du groupe du fer, généralement du cobalt et du nickel.
Lors de la fabrication du carbure cémenté, la granulométrie de la poudre de matière première sélectionnée est comprise entre 1 et 2 microns et sa pureté est très élevée. Les matières premières sont dosées selon le ratio de composition prescrit, puis de l'alcool ou un autre agent est ajouté au broyage humide dans un broyeur à boulets pour les mélanger et les pulvériser. Le mélange est ensuite tamisé. Ensuite, le mélange est granulé, pressé et chauffé à une température proche du point de fusion du liant (1 300 à 1 500 °C). La phase durcie et le liant forment un alliage eutectique. Après refroidissement, les phases durcies se répartissent dans la grille composée du liant et sont étroitement liées pour former un tout solide. La dureté du carbure cémenté dépend de la teneur en phase durcie et de la granulométrie : plus la teneur en phase durcie est élevée et plus les grains sont fins, plus la dureté est élevée. La ténacité du carbure cémenté est déterminée par le liant. Plus la teneur en liant est élevée, plus la résistance à la flexion est élevée.
En 1923, l'Allemand Schlerter ajouta 10 à 20 % de cobalt à de la poudre de carbure de tungstène comme liant et inventa un nouvel alliage de carbure de tungstène et de cobalt. Sa dureté est surpassée par celle du diamant. Il s'agissait du premier carbure cémenté fabriqué. Lors de la coupe de l'acier avec un outil fabriqué dans cet alliage, le tranchant s'use rapidement, voire se fissure. En 1929, aux États-Unis, Schwarzkov ajouta une certaine quantité de carbure de tungstène et de carbure de titane à la composition originale, améliorant ainsi les performances de l'outil pour la coupe de l'acier. Il s'agit d'une nouvelle avancée dans l'histoire du développement du carbure cémenté.
Le carbure cémenté présente d'excellentes propriétés, telles qu'une dureté élevée, une résistance à l'usure, une bonne résistance mécanique et ténacité, une résistance à la chaleur et à la corrosion. Sa dureté et sa résistance à l'usure restent stables même à 500 °C, et sa dureté reste élevée à 1 000 °C. Le carbure est largement utilisé dans la fabrication d'outils tels que les outils de tournage, les fraises, les raboteuses, les forets, les outils d'alésage, etc., pour la découpe de la fonte, des métaux non ferreux, des plastiques, des fibres chimiques, du graphite, du verre, de la pierre et de l'acier ordinaire. Il peut également être utilisé pour la découpe de matériaux difficiles à usiner tels que l'acier réfractaire, l'acier inoxydable, l'acier à haute teneur en manganèse, l'acier à outils, etc. La vitesse de coupe des nouveaux outils en carbure est désormais des centaines de fois supérieure à celle de l'acier au carbone.
Le carbure peut également être utilisé pour fabriquer des outils de forage de roche, des outils miniers, des outils de forage, des outils de mesure, des pièces résistantes à l'usure, des abrasifs métalliques, des chemises de cylindre, des roulements de précision, des buses, des moules métalliques (tels que des matrices de tréfilage, des matrices de boulons, des matrices d'écrous et divers moules de fixation, les excellentes performances du carbure cémenté ont progressivement remplacé les moules en acier précédents).
Plus tard, le carbure cémenté revêtu a également fait son apparition. En 1969, la Suède a développé avec succès un outil revêtu de carbure de titane. La base de l'outil est en carbure de tungstène-titane-cobalt ou carbure de tungstène-cobalt. L'épaisseur du revêtement de carbure de titane en surface n'est que de quelques microns, mais comparée aux outils en alliage de la même marque, la durée de vie est triplée et la vitesse de coupe est augmentée de 25 à 50 %. Dans les années 1970, une quatrième génération d'outils revêtus est apparue pour l'usinage des matériaux difficiles à usiner.
Comment le carbure cémenté est-il fritté ?
Le carbure cémenté est un matériau métallique fabriqué par métallurgie des poudres à partir de carbures et de métaux liants d'un ou plusieurs métaux réfractaires.
Mprincipaux pays producteurs
Plus de 50 pays dans le monde produisent du carbure cémenté, pour une production totale de 27 000 à 28 000 tonnes. Les principaux producteurs sont les États-Unis, la Russie, la Suède, la Chine, l'Allemagne, le Japon, le Royaume-Uni et la France. Le marché mondial du carbure cémenté est quasiment saturé et la concurrence y est féroce. L'industrie chinoise du carbure cémenté a commencé à se développer à la fin des années 1950. Des années 1960 aux années 1970, elle a connu un développement rapide. Au début des années 1990, la capacité de production totale de carbure cémenté de la Chine a atteint 6 000 tonnes et sa production totale 5 000 tonnes, se classant au troisième rang mondial après la Russie et les États-Unis.
Coupe-WC
1Carbure cémenté de tungstène et de cobalt
Les principaux composants sont le carbure de tungstène (WC) et le liant cobalt (Co).
Sa qualité est composée de « YG » (« dur et cobalt » en pinyin chinois) et du pourcentage de teneur moyenne en cobalt.
Par exemple, YG8 signifie que la moyenne WCo = 8 %, et le reste est du carbure de tungstène-cobalt.
Couteaux TIC
②Carbure de tungstène-titane-cobalt
Les principaux composants sont le carbure de tungstène, le carbure de titane (TiC) et le cobalt.
Sa nuance est composée de « YT » (« dur, titane », deux caractères du préfixe chinois Pinyin) et de la teneur moyenne en carbure de titane.
Par exemple, YT15 signifie que WTi moyen = 15 %, et le reste est du carbure de tungstène et du carbure de tungstène-titane-cobalt avec une teneur en cobalt.
Outil en tungstène, titane et tantale
③Carbure cémenté tungstène-titane-tantale (niobium)
Les principaux composants sont le carbure de tungstène, le carbure de titane, le carbure de tantale (ou carbure de niobium) et le cobalt. Ce type de carbure cémenté est également appelé carbure cémenté général ou carbure cémenté universel.
Sa note est composée de « YW » (le préfixe phonétique chinois de « hard » et « wan ») plus un numéro de séquence, tel que YW1.
Caractéristiques de performance
Plaquettes soudées en carbure
Dureté élevée (86～93HRA, équivalent à 69～81HRC) ;
Bonne dureté thermique (jusqu'à 900～1000℃, maintenir 60HRC) ;
Bonne résistance à l'abrasion.
Les outils de coupe en carbure sont 4 à 7 fois plus rapides que l'acier rapide et leur durée de vie est 5 à 80 fois supérieure. Pour la fabrication de moules et d'outils de mesure, leur durée de vie est 20 à 150 fois supérieure à celle de l'acier allié. Ils peuvent usiner des matériaux durs d'environ 50 HRC.
Cependant, le carbure cémenté est fragile et ne peut pas être usiné. Il est donc difficile de fabriquer des outils monoblocs aux formes complexes. Par conséquent, des lames de formes diverses sont souvent fabriquées, lesquelles sont fixées sur le corps de l'outil ou du moule par soudage, collage, serrage mécanique, etc.
Barre de forme spéciale
Frittage
Le moulage par frittage de carbure cémenté consiste à presser la poudre dans une billette, puis à entrer dans le four de frittage pour chauffer à une certaine température (température de frittage), la maintenir pendant un certain temps (temps de maintien), puis la refroidir pour obtenir un matériau en carbure cémenté avec les propriétés requises.
Le processus de frittage du carbure cémenté peut être divisé en quatre étapes fondamentales :
1 : Au cours de l'étape d'élimination de l'agent de formage et de pré-frittage, le corps fritté change comme suit :
Lors du retrait de l'agent de moulage, avec l'augmentation de la température au début du frittage, celui-ci se décompose ou se vaporise progressivement, éliminant ainsi le corps fritté. Le type, la quantité et le procédé de frittage varient.
Les oxydes à la surface de la poudre sont réduits. À la température de frittage, l'hydrogène peut réduire les oxydes de cobalt et de tungstène. Si l'agent de formage est retiré sous vide et fritté, la réaction carbone-oxygène est faible. La contrainte de contact entre les particules de poudre est progressivement éliminée, la poudre métallique de liaison commence à se reconstituer et à recristalliser, la diffusion superficielle se produit et la résistance au briquetage est améliorée.
2 : Étape de frittage en phase solide (800 °C – température eutectique)
À la température précédant l'apparition de la phase liquide, en plus de poursuivre le processus de l'étape précédente, la réaction en phase solide et la diffusion sont intensifiées, l'écoulement plastique est amélioré et le corps fritté rétrécit considérablement.
3 : Étape de frittage en phase liquide (température eutectique – température de frittage)
Lorsque la phase liquide apparaît dans le corps fritté, le retrait est terminé rapidement, suivi d'une transformation cristallographique pour former la structure de base et la structure de l'alliage.
4 : Étape de refroidissement (température de frittage – température ambiante)
À ce stade, la structure et la composition de l'alliage évoluent avec les conditions de refroidissement. Cette caractéristique permet de chauffer le carbure cémenté afin d'améliorer ses propriétés physiques et mécaniques.
Date de publication : 11 avril 2022
