Partie 2 : Processus de préparation du carbure cémenté
Chapitre 4 : Sélection des matières premières et préparation de la poudre
Le carbure cémenté de tungstène est fabriqué à partir de carbure de tungstène (WC) comme phase dure et de cobalt (Co) ou de nickel (Ni) comme phase de liaison par métallurgie des poudres. Ses propriétés (dureté HV 1 500-2 500 ± 30, ténacité K₁c 820 MPa·m¹ /² ± 0,5, résistance à la compression > 4 000 MPa ± 100 MPa) dépendent directement de la qualité des matières premières et du procédé de préparation de la poudre. Le choix des matières premières et la préparation de la poudre sont à la base de la production de carbure cémenté, qui déterminent la microstructure (granulométrie WC 0,110 µm ± 0,01 µm, uniformité de la distribution du Co > 95 % ± 1 %) et les performances finales (conductivité thermique 80-120 W/m·K ± 5 W/ m· K , résistance à la corrosion pH 212).
Ce chapitre analyse en détail la synthèse de la poudre de carbure de tungstène, la sélection de la phase de liaison et des additifs, la technologie de prétraitement de la poudre et les méthodes de caractérisation de la poudre, couvrant les paramètres du processus, les principes scientifiques, les facteurs d’influence, les stratégies d’optimisation et les applications d’ingénierie.
La préparation de la poudre nécessite un contrôle précis de la granulométrie du WC (0,110 µm ± 0,01 µm), de la pureté (carbone libre < 0,1 % ± 0,01 %), des caractéristiques de la phase de liaison (pureté Co/Ni > 99,8 % ± 0,01 %) et de la fluidité de la poudre (1 316 secondes/50 g ± 0,5 seconde) afin de garantir une densité de frittage (> 99 % ± 0,1 %) et une constance des performances (écart de dureté < ± 30 HV). Par exemple, une poudre de WC submicronique (< 0,5 µm ± 0,01 µm) peut augmenter la dureté de l’outil à HV 2 300 ± 30 et prolonger la durée de vie de la coupe aéronautique à 15 heures ± 1 heure ; La poudre de Co de haute pureté (> 99,9 % ± 0,01 %) améliore la ténacité du trépan ( K ₁ c > 18 MPa·m ¹ / ² ± 0,5), et la durée de vie minière dépasse 1 200 m ± 100 m.
les performances du chapitre 3 à travers la source de dureté WC (HV 2000 – 3000±50) et la contribution de la ténacité Co ( K ₁c 1520 MPa·m¹ / ² ± 0,5 ) , fournissant une base théorique et de processus pour le formage et le frittage ultérieurs (chapitre 5).
4.0 Aperçu des types de carbure cémenté et des matières premières et auxiliaires
Le carbure cémenté est un matériau composite hautes performances composé de carbure de tungstène (WC) comme phase dure et de cobalt (Co) ou de nickel (Ni) comme phase de liaison. Il est largement utilisé dans les outils de coupe, les moules, les pièces résistantes à l’usure et d’autres domaines. Selon les exigences d’application et les caractéristiques de performance, le carbure cémenté peut être divisé en plusieurs catégories : général (série YG), résistant à la chaleur et à l’usure (série YT), haute ténacité et résistant aux chocs (série YW), carbure cémenté à base de nickel (série YN), alliage à haute entropie et spécial pour la fabrication additive. Les types et proportions de matières premières et auxiliaires varient selon le type de carbure cémenté et le procédé de préparation. On les divise généralement en trois catégories : matières premières principales, matières premières auxiliaires et matières auxiliaires. La sélection et l’utilisation de ces matériaux doivent respecter scrupuleusement les normes en vigueur afin de garantir la qualité du produit et la constance du procédé.
4.0.0 Principaux types de carbure cémenté
Le tableau suivant répertorie en détail les principaux types de carbure cémenté et leurs caractéristiques, exigences de processus, domaines d’application et normes suivies, reflétant ses divers scénarios d’application et exigences de processus.
| taper | Principaux ingrédients et caractéristiques | Exigences du processus | Domaines d’application | Exigences standard |
| Série YG | Principalement composé de WC et de Co, complété par du noir de carbone, avec une dureté et une ténacité élevées | Contrôler strictement l’atmosphère et la température de frittage pour éviter l’introduction d’impuretés | Outils de coupe (tels que outils de tournage, fraises) | Conforme aux exigences d’échantillonnage GB/T 5314-2011 et suit le processus de frittage GB/T 26048-2010 |
| Série YT | Ajoutez du TiC , une lubrification à la paraffine est nécessaire pour améliorer la formabilité, la résistance aux températures élevées et la résistance à l’usure. | Contrôler l’atmosphère et la température de frittage pour éviter les impuretés | Découpe à grande vitesse (comme le traitement de l’acier) | Conforme aux exigences d’échantillonnage GB/T 5314-2011 et suit le processus de frittage GB/T 26048-2010 |
| Série YW | Contient du TaC et/ou du NbC , nécessite une protection à l’argon, possède à la fois une ténacité et des performances à haute température | Assurer la pureté de l’atmosphère d’argon et contrôler précisément la température | Matrices robustes (telles que les matrices d’estampage) | Conforme aux exigences d’échantillonnage GB/T 5314-2011 et suit le processus de frittage GB/T 26048-2010 |
| Série YN | Remplacez Co par Ni et ajoutez TiN pour obtenir une excellente résistance à la corrosion | Contrôler l’atmosphère et la température de frittage pour éviter l’oxydation | Environnement résistant à la corrosion (comme les équipements chimiques) | Conforme aux exigences d’échantillonnage GB/T 5314-2011 et suit le processus de frittage GB/T 26048-2010 |
| Alliage à haute entropie | Les combinaisons multi-éléments (telles que Cr, V, Mo, W, Ta) nécessitent un mélange précis et un processus HIP pour garantir l’uniformité | Rapport précis, le frittage HIP nécessite une pression élevée contrôlée (50-100 MPa) | Environnements extrêmes (tels que des conditions de température et de pression élevées ) | Conforme aux exigences d’échantillonnage GB/T 5314-2011 et suit le processus de frittage GB/T 26048-2010 |
| Fabrication additive | Poudre sphérique, préparée par atomisation au gaz, avec des agents de traitement de surface ajoutés pour améliorer les performances | Procédé d’atomisation de gaz, contrôle strict de l’atmosphère et de la température | Pièces fabriquées de manière additive (par exemple, composants aérospatiaux) | Conforme aux exigences d’échantillonnage GB/T 5314-2011 et suit le processus de frittage GB/T 26048-2010 |
| illustrer | Tous les types doivent suivre les normes d’échantillonnage de GB/T 5314-2011 pour garantir la cohérence des lots, et le processus de frittage est effectué conformément à GB/T 26048-2010, en mettant l’accent sur le contrôle précis de l’atmosphère et de la température pour éviter l’introduction d’impuretés. | |||
4.0.1 Principales matières premières du carbure cémenté
Les principales matières premières sont les composants de base du carbure cémenté, qui influencent directement ses propriétés mécaniques et sa durée de vie. Voici un aperçu des principales matières premières :
Carbure de tungstène (WC, carbure de tungstène) :
Fonction : En tant que phase dure, elle offre une dureté extrêmement élevée (> 2000 HV) et une résistance à l’usure, représentant 70 à 94 % ( en poids %) de la composition totale.
Spécifications : Pureté ≥ 99,8 %, granulométrie 0,2-5 μm ( grains fins 0,2-0,5 μm , grains grossiers > 2 μm ) .
Champ d’application : Tous types de carbure.
Poudre de cobalt (Co, poudre de cobalt) :
Fonction : Phase de liaison traditionnelle, elle améliore la ténacité et la résistance à la flexion. Sa teneur est généralement comprise entre 6 et 25 % ( en poids ).
Spécifications : Pureté ≥ 99,9 %, granulométrie 1-5 μ m .
Champ d’application : séries YG, YT, YW et alliages à haute entropie.
Poudre de nickel
Fonction : Remplace le cobalt comme phase de liaison résistante à la corrosion, améliore la résistance à l’oxydation, teneur de 5 à 20 % ( en poids %).
Spécifications : Pureté ≥ 99,9 %, granulométrie 1-5 μ m .
Champ d’application : série YN et types de fabrication additive.
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