Plaques plates en carbure sont un matériau important utilisé dans diverses industries pour leur dureté extrême et leurs propriétés de résistance à l'usure. Cet article fournit un aperçu complet des plaques plates en carbure, de leur composition, de leurs propriétés, de leurs applications, de leurs spécifications, de leurs prix, de leurs comparaisons, etc.
Vue d'ensemble
Les plaques plates en carbure sont des plaques fabriquées à partir de carbures cémentés d'une dureté exceptionnelle, généralement bien supérieure à 2000 HV. Les plaques en carbure offrent une résistance à l'usure, une solidité et une durabilité supérieures à celles des plaques en acier ordinaire dans les applications impliquant des contraintes de contact élevées, l'abrasion, la corrosion et les impacts dynamiques.
Quelques détails clés sur les plaques plates en carbure :
- Fabriqués à partir de carbures cémentés contenant généralement du carbure de tungstène ainsi que des carbures de cobalt, de titane, de tantale, etc.
- Dureté allant de ~85 HRA à 95 HRA selon la qualité
- Résistance à la traction jusqu'à 3500 MPa, peut supporter des contraintes de compression très élevées
- Rigidité et résistance aux contraintes de flexion également très élevées
- Chimiquement inerte, très résistant à la corrosion et à l'oxydation
- Supporte des fluctuations de température allant de la cryogénie à ~1000°C
- Stabilité dimensionnelle supérieure à celle de l'acier grâce à une dilatation thermique plus faible
- Conducteur électrique, résistant aux chocs thermiques, non magnétique
Plaque plate en carbure Composition
Les plaques de carbure contiennent les principaux éléments suivants dans leur composition métallurgique :
| Élément | Gamme de composition |
|---|---|
| Carbure de tungstène | 85-97% |
| Cobalt | 3-12% |
| Carbure de titane | 0-8% |
| Carbure de tantale | 0-8% |
Le carbure de tungstène est le principal constituant qui confère aux carbures cémentés leur extrême dureté, leur solidité, leur rigidité et leur résistance à l'usure. Le cobalt agit comme un liant matriciel qui maintient les particules de carbure ensemble. Les carbures de titane et de tantale, lorsqu'ils sont ajoutés, améliorent encore les propriétés.
Les proportions relatives de ces carbures métalliques et du liant peuvent être modifiées pour obtenir différentes qualités de carbures cémentés optimisées pour des applications spécifiques. Le processus de fabrication par métallurgie des poudres permet un mélange et une distribution très homogènes des composés de carbure dans la matrice du liant.
Propriétés mécaniques
Les propriétés mécaniques exceptionnelles des plaques plates en carbure de tungstène sont mises en évidence ci-dessous :
| Propriété | Valeurs |
|---|---|
| Dureté | Jusqu'à 95 ARH |
| Résistance à la compression | Jusqu'à 8 GPa |
| Résistance à la flexion | Jusqu'à 3,5 GPa |
| Résistance à la rupture | Jusqu'à 45 MPa√m |
| Module de Young | 500-700 GPa |
La dureté élevée de plus de 90 HRA les rend extrêmement résistants à l'usure et bien adaptés aux surfaces abrasives ou aux boues. Les valeurs de résistance et de rigidité sont beaucoup plus élevées que celles des matériaux alternatifs, ce qui permet de les utiliser dans des pièces structurelles lourdes. Ils présentent également une excellente stabilité dimensionnelle dans une large gamme de températures et ont une conductivité thermique élevée pour la dissipation de la chaleur.
Résistance à la corrosion et à l'usure
Les plaques en carbure offrent une résistance exceptionnelle aux :
- Usure des abrasifs et des adhésifs
- Érosion par les particules solides
- Usure par frottement
- Cavitation et érosion des boues
- Corrosion par les acides, les alcalis et les produits chimiques organiques
- Résistance à l'oxydation jusqu'à ~1000°C
Le principal mécanisme de résistance à l'usure et à la corrosion est la grande inertie chimique et la dureté du tungstène et des autres carbures. Le liant de cobalt contribue également à remplir les pores.
Le choix approprié de la nuance de carbure garantit la longévité, même dans des conditions d'érosion-corrosion extrêmement exigeantes, avec des fluides chargés de particules ou une exposition à des produits chimiques très acides immergés pendant de longues périodes.
Applications des plaques plates en carbure
Les applications typiques qui bénéficient de l'utilisation de plaques plates en carbure sont les suivantes :
| L'industrie | Composants | Avantages |
|---|---|---|
| Exploitation minière | Revêtements de goulotte, Plaques de trémie | Résistance à l'usure et à l'érosion |
| Dragage | Roues, tuyaux à boues | Manipulation de particules dures |
| Pétrole et gaz | Pièces de robinetterie, Buses | Résiste à l'abrasion et à la corrosion |
| Acier | Rouleaux, blocs de matrices | Résistance et stabilité thermique |
| Ciment | Tambours de broyage, cônes de séparation | Résistance à l'abrasion |
| Papier et pâte à papier | Plaques de raffinage, Convoyeurs à vis | Résiste à l'érosion et aux produits chimiques |
| Agriculture | Lames de charrue, couteaux d'alimentation | Résistance à l'usure dans le sol |
| Transformation des aliments | Lames de coupe, Buses | Résistance à la corrosion et aux bactéries |
Les propriétés et la composition constantes du carbure permettent d'obtenir des performances fiables et prévisibles à long terme dans les conditions d'utilisation les plus difficiles.
Grades de carbure pour différentes applications
| Application | Niveaux recommandés |
|---|---|
| Résistance à l'usure | Grades à micro-grains avec carbures fins de ~1 micron |
| Résistance à la corrosion | Grades avec liant cobalt >10% |
| Dureté élevée | Carbures ultrafins ou nanograins <0,5 micron |
| Résistance aux chocs | Grades avec une certaine teneur en TiC et TaC |
| Haute résistance | Moyen ~2-6 microns de particules de carbure |
Spécifications
Les plaques de carbure sont disponibles dans des géométries et des tailles standard ou personnalisées, en fonction des exigences de l'application :
Gamme de tailles standard :
- Épaisseur : de 2 mm à 300 mm
- Largeur et longueur : Jusqu'à 2000mm x 5000mm respectivement
Finition de la surface :
- Rectifié avec précision pour une finition Ra inférieure à 1 micron
- Finition polie également possible
Tolérance de planéité :
- Jusqu'à 0,02 mm par mètre linéaire
- Peut être usiné et rectifié selon des tolérances précises
Formes personnalisées :
- Les opérations de découpe et de profilage permettent de façonner des géométries complexes
- Tôles formées pour le revêtement de récipients cylindriques
- Trous filetés, inserts, contours selon les dessins
Années d'études et normes :
| Standard | Notes | Gamme de dureté |
|---|---|---|
| ISO 513 | C1, C2, C3, etc. | Jusqu'à 95 ARH |
| ASTM B274 | A, B, C, D, etc. | 88-93 HRA |
| DIN/EN | K01, K05, K10 etc. | 85-90 HRA |
La qualité est sélectionnée en fonction de l'application, des propriétés requises, des normes internationales suivies, etc. Des grades propriétaires personnalisés sont également proposés.
Tarification de plaque plate en carbure
Gamme de prix :
- $20 à $300 par Kg
- $50 à $1000 par plaque
Des remises sont accordées pour les commandes importantes.
Prix Conducteurs :
- Qualité et pureté du carbure
- Tolérances et finition
- Quantité commandée
- Niveau de personnalisation
- Tarifs et taxes régionaux
Conseils pour réduire les coûts :
- Sélectionner les tailles standard et les qualités courantes dans la production
- Combinez plusieurs petites commandes pour bénéficier de prix de gros
- Permettre des délais de livraison plus longs et prévisibles
- Passer des contrats annuels pour les gros volumes d'utilisation
- Qualifier les fabricants locaux pour économiser sur la logistique
Comparaison des prix avec d'autres solutions :
| Matériau | Prix par kg |
|---|---|
| Carbure de tungstène | $100-300 |
| Acier inoxydable | $5-15 |
| Acier trempé | $10-25 |
| Fonte | $2-6 |
| Recouvrement en carbure de chrome | $30-60 |
Les plaques en carbure offrent de bien meilleures propriétés d'usure et des avantages en termes de coût du cycle de vie par rapport aux alternatives moins chères qui peuvent nécessiter des remplacements très fréquents. Les économies de productivité et de maintenance compensent le prix initial plus élevé.
Fabricants et fournisseurs
Parmi les principaux fournisseurs mondiaux de plaques de carbure, on peut citer
| Entreprise | Localisation des sites | Notes | Capacités |
|---|---|---|---|
| Kennametal | États-Unis, Allemagne | K01-K40, sur mesure | Moulage, usinage |
| Sandvik | Suède, Inde | GC20, sur mesure | Fabrication de la gamme complète |
| Matériaux Mitsubishi | Japon | Sur mesure | Moulage, traitements de surface |
| Iscar | Israël, Asie | C1-C5 | Découpage, profilage |
| Kyocera | Japon | Ultrafin sur mesure | Traitement avancé des poudres |
Outre ces fabricants de marque, de nombreux producteurs et ateliers d'usinage régionaux proposent également des services de fabrication et de finition pour les plaques de carbure standard ou sur mesure.
Le choix de fournisseurs capables de concevoir et de fabriquer conjointement des composants en carbure intégrés pour des applications spécifiques permet d'obtenir les meilleures performances. Les distributeurs locaux disposant d'un stock standard peuvent répondre aux besoins généraux.
Comparaison avec les alternatives
Vs. Acier inoxydable
| Carbure | Acier inoxydable | |
|---|---|---|
| Dureté | Beaucoup plus élevé ~90 HRA | Inférieur ~200 BHN |
| La force | Plus élevé 2-4X | Modéré |
| Résistance à l'usure | Extrêmement élevé en raison de la dureté | Faible notamment contre l'abrasion |
| Résistance à la corrosion | Haute teneur en la plupart des produits chimiques | Plus élevé pour la plupart des acides et des alcalis |
| Résistance à la température | Meilleur au-delà de 550°C | Point de ramollissement plus bas |
| Prix relatif | 5 à 10 fois plus coûteux | Plus bas |
| Facilité d'usinage | Défi | Facile à usiner et à fabriquer |
Vs. Acier à outils trempé
| Carbure | Acier trempé | |
|---|---|---|
| Rétention de la dureté | Excellente résistance aux températures élevées | Abaissement rapide au-delà de 500°C |
| Propriétés thermiques | Plus grande stabilité dimensionnelle | Coefficient d'expansion plus élevé |
| Résistance à la rupture | Plus bas | Moins fragile en sections minces |
| Fabrication | Capacité de formage limitée | Plus facile à usiner et à broyer |
| Métaux réactifs | Aucune limitation | Ne peut pas traiter les alliages de titane, etc. |
| Intégration partielle | Transitions matérielles difficiles | Une plus grande souplesse de conception |
Vs. Fonte et fer blanc
| Carbure | Fonte/fer blanc | |
|---|---|---|
| Dureté | Beaucoup plus cohérent | Variabilité des propriétés |
| Éventail de grades | Une plus grande flexibilité | Alliages limités |
| Résistance à la corrosion | Une amélioration significative | Risque d'attaque chimique |
| Taille du composant | Petites assiettes et pièces | Possibilité de sections plus volumineuses |
| Fabrication | Processus de métallurgie des poudres contrôlé | Possibilité de défauts de coulée |
Parmi tous les matériaux concurrents, les carbures cémentés offrent des combinaisons exceptionnelles de dureté, de résistance mécanique, chimique et thermique, requises dans des applications extrêmement exigeantes. La fabrication avancée de poudres et la capacité à concevoir une gamme de compositions et de microstructures de carbures possibles les rendent indispensables malgré leur prix plus élevé.
Avantages et inconvénients
Avantages
- Dureté extrême pour la résistance à l'usure
- Maintien de la résistance à haute température
- Chimiquement très inerte
- Composition et microstructure personnalisables
- Propriétés homogènes constantes
- Permet la conception de composants légers et compacts
Limites
- Fragile avec une ténacité à la rupture plus faible
- Défi de produire des formes complexes
- Coût plus élevé que les alternatives en acier
- Pas facile à réparer ou à modifier après la fabrication
- Nécessite un liant au cobalt limitant l'utilisation à haute température
- Difficile à usiner avec des outils conventionnels
Une sélection minutieuse du classement, des choix de conception et une optimisation des processus de fabrication peuvent atténuer les inconvénients tout en tirant pleinement parti des nombreux avantages.
FAQ
Q : Les plaques en carbure sont-elles adaptées aux applications en contact avec les aliments ou les produits pharmaceutiques ?
R : Oui, les qualités sans cobalt et conformes à des normes telles que la norme ISO 23529 peuvent être utilisées en toute sécurité. La résistance à la corrosion et la nature non poreuse minimisent également l'adhésion bactérienne.
Q : Quelle est la gamme d'épaisseurs disponible pour les petites pièces de revêtement usées ?
R : Des plaques miniatures d'une épaisseur allant jusqu'à 2 mm avec des grains de carbure très fins (~1 micron) peuvent être fabriquées par pressage et meulage. Un support brasé est possible pour les sections plus épaisses.
Q : Les revêtements en carbure peuvent-ils être installés sur le terrain pour des réparations plus rapides ?
R : Oui, des modules préfabriqués précis de plaques de carbure remplaçables peuvent être conçus pour une installation rapide à l'aide de vis, de colliers et de joints appropriés.
Q : Comment nettoyer les dépôts d'huile, de graisse et de carbone sur les surfaces en carbure ?
R : La plupart des procédures de nettoyage à l'aide de produits chimiques ou de solvants pour les métaux s'appliquent également aux carbures. Veillez à choisir des dégraissants non dangereux compatibles.
Q : Quelles sont les normes auxquelles les fournisseurs doivent se conformer ?
R : Les fabricants de carbure réputés doivent appliquer des systèmes de qualité conformes à la norme ISO 9001, ainsi que des normes métallurgiques telles que ISO 513, ASTM B274 et des normes environnementales.
Conclusion
Les tôles plates en carbure offrent une résistance à l'usure inégalée qui profite à de nombreuses industries, ce qui en fait un matériau d'ingénierie d'une importance stratégique. Ce guide couvre les principes fondamentaux de la composition, des propriétés et des applications pour permettre à nos lecteurs de faire des choix optimaux fondés sur des données. N'hésitez pas à nous contacter si vous avez des questions !
