Partie 3 : Optimisation des performances du carbure cémenté
Chapitre 7 : Contrôle des propriétés mécaniques du carbure cémenté
Le carbure cémenté (WC-Co) est largement utilisé dans les outils aéronautiques (durée de vie de coupe > 15 heures), les forets miniers (perçage > 1200 m) et les matrices résistantes à l’usure (extrusion > 10 ⁶ fois) en raison de son excellente dureté élevée (HV 1200-1800 ) , de sa bonne ténacité à la rupture (K ₁ c 8-16 MPa·m ¹ / ² ) , de sa résistance à la compression élevée (4000 -6000 MPa) et de son excellente résistance à l’usure ( taux d’usure < 0,1 mm ³ / N · m ) . Cependant, dans des conditions de travail extrêmes, telles que des impacts élevés (fréquence > 500 Hz), des charges cycliques (> 10 ⁵ fois), des températures élevées (> 800 °C) et une usure abrasive (dureté > 800 HV), les performances globales du carbure cémenté restent confrontées à des défis. Il est difficile pour une stratégie d’optimisation unique de répondre simultanément aux exigences synergétiques de dureté, de ténacité, de résistance à la fatigue et de résistance à l’usure. Une percée en matière de performances globales peut être obtenue en contrôlant la microstructure (granulométrie WC 0,2-2 μ m , teneur en Co 6 %-15 %), en analysant en profondeur le mécanisme de rupture (taux de croissance des fissures ~10 ⁻⁶ mm/cycle) et en appliquant une technologie de renforcement avancée (VC additif 0,2 %-0,5 %, dose d’implantation ionique 10 ¹ ⁶ -10 ¹ ⁷ cm ⁻ ² , épaisseur de revêtement laser 50-150 μ m ) .
Ce chapitre s’articule autour des quatre axes suivants : l’équilibre entre dureté et ténacité, la résistance à la fatigue et aux chocs, l’analyse des mécanismes de défaillance et la stratégie d’amélioration des performances. Il examine systématiquement les propriétés mécaniques, les avantages et les inconvénients, la technologie de régulation et les conditions d’utilisation du carbure cémenté. Il analyse également les tendances de développement du carbure cémenté dans le contexte de l’IA et de l’Internet des objets industriel ( IIoT ), offrant ainsi une efficacité et une fiabilité accrues aux applications industrielles.
Les avantages du carbure cémenté sont sa dureté et sa résistance à l’usure élevées, ainsi que sa capacité à supporter des charges et des frottements élevés dans des conditions de travail extrêmes. Cependant, son inconvénient réside dans la contradiction entre dureté et ténacité. Une dureté élevée (HV > 1600) entraîne généralement une diminution de la ténacité ( K ₁c < 10 MPa ·m¹ / ² ) , ce qui est sujet à la rupture fragile. De plus, la résistance à la fatigue du carbure cémenté doit encore être améliorée sous des charges cycliques à haute fréquence (la vitesse de propagation des fissures doit être contrôlée à < 10⁻⁷ mm / cycle). Grâce à l’analyse de ce chapitre, les lecteurs auront une compréhension complète des méthodes de régulation des propriétés mécaniques du carbure cémenté et de ses performances dans les applications pratiques.
7.0 Propriétés mécaniques du carbure cémenté
Le carbure cémenté (WC-Co) est largement utilisé dans l’aéronautique, l’exploitation minière et la fabrication de moules en raison de ses excellentes propriétés mécaniques. Voici une description détaillée de ses principales propriétés mécaniques, incluant sa définition, sa méthode de mesure, ses facteurs d’influence et son contexte d’application :
7.0. 1. Dureté élevée du carbure cémenté
7.0. 1. 0 Quelle est la dureté du carbure cémenté ?
La dureté du carbure cémenté (WC-Co) désigne la capacité de sa surface à résister aux indentations ou aux rayures causées par des objets externes (tels que des pénétrateurs), reflétant ainsi sa résistance à la déformation plastique et à l’usure. Matériau composite, le carbure cémenté est constitué d’une phase dure de carbure de tungstène (WC, dureté d’environ HV 2000-2500) et d’une phase de liaison de cobalt (Co, dureté d’environ HV 300). La dureté du carbure cémenté est généralement comprise entre HV 1200 et 1800, et peut être augmentée jusqu’à HV 2000-2500 par modification de surface (carburation, placage laser, etc.). Le niveau de dureté détermine directement la durabilité du carbure cémenté dans les environnements à fortes charges et frottements, notamment ses performances en découpe, perçage et fabrication de moules.
La nature physique de la dureté est étroitement liée à la microstructure du matériau, ce qui est principalement dû à la dureté élevée et à l’effet de renforcement des joints de grains de la phase WC, tandis que la phase Co absorbe une partie de l’énergie par déformation plastique et ajuste les performances globales.
7.0.1.1 Méthode de mesure de la dureté du carbure cémenté
La dureté du carbure cémenté peut être mesurée par une variété de méthodes d’essai, différentes méthodes conviennent à différents scénarios et exigences de précision :
Dureté Vickers (HV)
Gamme : HV 1200-1800, jusqu’à HV 2000-2500 après modification de surface.
Principe : Utiliser un duromètre Vickers et un pénétrateur pyramidal quadrangulaire en diamant (angle diagonal de 136°), appliquer une charge standard (généralement 30 kg) et calculer la dureté en mesurant la diagonale de l’empreinte. La formule est :
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