Barres en carbure sont essentiels pour l'usinage, l'outillage et les applications industrielles de haute performance. Cependant, une propriété souvent négligée est dilatation thermique-un facteur essentiel pour déterminer la performance des matériaux dans des conditions de haute température.
Propriétés de dilatation thermique des Tiges en carbure
Qu'est-ce que la dilatation thermique ?
La dilatation thermique désigne la tendance d'un matériau à se dilater lorsqu'il est exposé à la chaleur. Ce phénomène se produit parce que les augmentations de température provoquent des vibrations atomiques, ce qui entraîne une augmentation des dimensions du matériau. Dans l'usinage, des dilatations même infimes peuvent entraîner des imprécisions dans la coupe, ce qui se traduit par des pertes de matière ou des défauts de produit.
Pourquoi la dilatation thermique est-elle importante pour les barres de carbure ?
Les barres en carbure, principalement composées de carbure de tungstène (WC) et d'un liant en cobalt (Co), ont un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui de l'acier ou de l'aluminium. Cependant, la dilatation se produit toujours, en particulier dans l'usinage à grande vitesse où la production de chaleur est importante. L'absence de prise en compte de la dilatation peut entraîner un désalignement de l'outil, une réduction de la précision et une diminution de la durée de vie de l'outil.
Coefficients de dilatation thermique des nuances de carbure les plus courantes
Les différentes qualités de carbure présentent des propriétés d'expansion variables. Voici une comparaison :
| Qualité du carbure | Composition (WC/Co) | CTE (µm/m-K) | Dureté (HRA) | Densité (g/cm³) |
|---|---|---|---|---|
| YG6X | 94/6 | 5.0 | 91.5 | 14.9 |
| YG8 | 92/8 | 5.2 | 90.5 | 14.8 |
| YL10.2 | 90/10 | 5.3 | 92.0 | 14.7 |
| K40 | 88/12 | 5.6 | 91.2 | 14.6 |
| YG15 | 85/15 | 6.0 | 89.5 | 14.4 |
| GT55 | 95/5 | 4.9 | 92.5 | 15.0 |
| H10F | 91/9 | 5.4 | 92.3 | 14.7 |
| ZK30UF | 93/7 | 5.1 | 92.8 | 14.8 |
| MG18 | 88/12 | 5.7 | 91.0 | 14.5 |
| TF15 | 86/14 | 5.8 | 90.0 | 14.3 |
Comparaison du carbure avec d'autres matériaux
- Acier : 11-13 µm/m-K (deux fois plus d'expansion que le carbure de tungstène)
- Aluminium : 23-25 µm/m-K (cinq fois plus d'expansion)
- Céramique : 2-5 µm/m-K (semblable au carbure, mais cassant)
Facteurs affectant la dilatation thermique
1. Contenu du classeur
Le pourcentage de cobalt (Co) dans le carbure a un impact direct sur la dilatation thermique. Teneur en Co plus élevée = expansion plus importante en raison du coefficient de friction plus élevé du cobalt que du carbure de tungstène.
2. Taille des grains
Le carbure à grain fin a une expansion plus faible et une dureté plus élevéetandis que les gros grains permettent une plus grande expansion mais améliorent la ténacité.
3. Plage de température
La plupart des tungstènes tiges en carbure sont utilisés à des températures inférieur à 800°Coù la dilatation reste gérable. Au-delà, l'oxydation et la dégradation structurelle peuvent se produire.
4. Conditions de charge et de contrainte
Des contraintes mécaniques élevées associées à la dilatation thermique peuvent provoquer des déformations, des fissures ou des ruptures de matériaux. Il est essentiel de prévoir des compensations adéquates lors de la conception.
Applications et solutions pour la dilatation thermique
1. Outils d'usinage à grande vitesse
Les tiges de carbure utilisées dans les fraises en bout, les forets et les alésoirs doivent conserver leur stabilité dimensionnelle à la chaleur pour éviter le désalignement et l'usure de l'outil.
2. Composants pour l'aérospatiale et l'automobile
Les pièces de précision nécessitent des matériaux à faible dilatation pour garantir la précision opérationnelle malgré les fluctuations de température.
3. Industrie des moules et matrices
Les matrices et les moules en carbure subissent de fréquents cycles de chauffage et de refroidissement. Les grades à faible CTE permettent de minimiser les distorsions.
4. Industrie de l'électronique et des semi-conducteurs
Le carbure de tungstène est idéal pour les équipements semi-conducteurs en raison de sa résistance à la dilatation thermique par rapport à des métaux comme le cuivre ou l'aluminium.
Comment choisir le tungstène Tiges en carbure pour vos besoins d'application
| Facteur | Recommandation |
|---|---|
| Coupe de haute précision | Choisir un carbure à grain fin et à faible teneur en Co |
| Usinage à haut rendement | Optez pour des grades à teneur en Co plus élevée (YG15, MG18) pour la ténacité. |
| Environnements de chaleur extrême | Utiliser des grades spécialisés résistants à la chaleur comme GT55 ou TF15 |
| Considérations relatives aux coûts | Les qualités à faible teneur en cobalt sont plus rentables mais légèrement fragiles. |
FAQ
| Question | Réponse |
|---|---|
| Quel est le coefficient de dilatation thermique typique du carbure de tungstène ? | Il va de 4,9 à 6,0 µm/m-Ken fonction de la teneur en liant et de la granulométrie. |
| Comment la dilatation thermique affecte-t-elle les performances de l'outil ? | Une dilatation excessive peut provoquer un désalignement, entraînant des erreurs de précision et une usure plus rapide. |
| Le carbure de tungstène peut-il supporter des températures extrêmes ? | Oui, mais elle doit être maintenue à un niveau inférieur 800°C pour éviter l'oxydation et les changements structurels. |
| Comment puis-je compenser la dilatation thermique du carbure ? | Utilisation faibles notes en CTELes systèmes de refroidissement, de serrage et de refroidissement appropriés permettent de minimiser les effets de l'expansion. |
| Le carbure de tungstène est-il meilleur que l'acier dans les applications à haute température ? | Oui, car il se dilate moins, conserve sa dureté et résiste mieux à la déformation que l'acier. |
