Bandes de carbure à arêtes vives sont un matériau indispensable pour la coupe, l'usinage et d'autres applications industrielles nécessitant des lames et des arêtes de haute durabilité. Cet article donne un aperçu complet des propriétés des bandes de carbure, de leur fabrication, de leurs qualités, de leurs dimensions, de leurs applications, de leurs avantages et inconvénients et de leurs fournisseurs.
Qu'est-ce qu'une bande de carbure ?
Les bandes de carbure sont de longues et fines pièces d'un composite métallique extrêmement dur contenant du carbure de tungstène. Elles se caractérisent par une dureté, une solidité et une résistance à l'usure supérieures, ce qui les rend idéales pour les applications d'outils de coupe et de lames à arêtes vives.
Propriétés principales des bandes de carbure
| Propriété | Description |
|---|---|
| Dureté | Dureté extrêmement élevée 80-90 HRA, proche du diamant |
| La force | Très solide et rigide, résiste à la fissuration et à l'écaillage |
| Solidité | Résistance aux chocs grâce au liant en cobalt |
| Résistance à l'usure | Très résistant à l'usure par abrasion et par collage |
| Résistance à la corrosion | Chimiquement inerte, résiste à la corrosion |
| Résistance thermique | Résiste aux températures élevées |
Les principaux facteurs qui influencent les propriétés des bandes de carbure sont les suivants :
- Taille des grains - Les poudres à grains ultrafins améliorent la dureté et la résistance.
- Reliures - Le liant cobalt facilite la mise en forme et améliore la ténacité
- Alliage - Les éléments tels que Ti, Ta améliorent les propriétés particulières
- Processus de fabrication - Contrôle la microstructure et minimise les défauts
Un contrôle adéquat de ces paramètres permet d'adapter les bandes à des applications de coupe spécifiques.
Fabrication de bandes de carbure
Les bandes de carbure sont fabriquées par des procédés de métallurgie des poudres suivis d'un traitement thermique :
- Mélange de grains de carbure ultrafins avec un liant de cobalt
- Compactage en billettes vertes
- Frittage de bandes à 1400oC pour fusionner les particules
- Roulage ou étirage jusqu'à la taille finale de la bande
- Redressement, rectification des arêtes et traitement thermique
- Tolérances dimensionnelles étroites et meulage de précision des arêtes
Des méthodes avancées utilisent le séchage par pulvérisation, le déparaffinage, le frittage sous vide et la découpe par électroérosion à fil pour renforcer la résistance et optimiser les propriétés. Des contrôles stricts des processus minimisent les variations entre les bandes.
Nuances de bandes de carbure
Les bandes de carbure sont disponibles dans différentes compositions ou qualités standardisées pour des applications spécifiques :
Nuances de bandes de carbure
| Grade | Description | Applications clés |
|---|---|---|
| C1/C2 | Carbure de tungstène droit (WC) | Découpage et formage à usage général |
| C3/C4 | WC avec inhibiteurs de croissance du grain | Outils de coupe de précision |
| C5/C6 | Alliages WC-TiC-TaC/NbC | Applications d'usinage à grande vitesse |
| C7/C8 | Alliages WC-TiC-TaC-Co | Usinage difficile des alliages et des composites |
| C9/C10 | Grades WC à grain ultrafin | Lames de rasoir, outils chirurgicaux |
| C11/C12 | Bandes renforcées de céramique | Stabilité à haute température |
Des nuances plus complexes continuent d'apparaître pour les applications de coupe spécialisées. Les principaux critères de sélection des nuances appropriées sont les exigences de l'application, les propriétés de la pièce, les vitesses de coupe et le coût.
Bandes en carbure avec arêtes vives Tailles
Les bandes de carbure sont produites dans des largeurs et des épaisseurs normalisées selon les tolérances ISO/ANSI B74.12 :
Dimensions des bandes de carbure
| Plage de largeur | Gamme d'épaisseur |
|---|---|
| 1/32″ - 1"+ | 0.001" - 0.125"+ |
Les tailles typiques sont les suivantes
- Bandes de 0,008" d'épaisseur x 1/2″ de largeur
- Bandes de 0,02″ d'épaisseur x 1" de large
- Bandes de 1 mm d'épaisseur x 10 mm de largeur
Des bandes plus fines jusqu'à 0,001" et des sections étroites comme 0,1" x 0,1" sont également disponibles. Des bandes de carbure sur mesure en dehors des tailles standard peuvent être fabriquées sur demande.
Avantages des bandes de carbure
Les bandes de carbure offrent des avantages indéniables par rapport aux autres matériaux de coupe :
Avantages des bandes de carbure
| Paramètres | Avantage |
|---|---|
| Dureté | Jusqu'à 4 fois plus dur que l'acier à outils, ce qui permet d'obtenir des arêtes plus tranchantes |
| Résistance à l'usure | Taux d'usure nettement inférieurs, durée de vie de l'outil multipliée par 5 à 10 |
| Inertie chimique | Ne réagit pas aux matériaux de travail, contrairement à l'acier rapide ou à la céramique |
| Résistance thermique | Conserve sa dureté à haute température |
| Fabrication | Permet des tolérances plus fines et des géométries complexes |
| Cohérence | Propriétés prévisibles grâce à un contrôle strict des processus |
| Rapport coût-efficacité | Malgré des prix plus élevés, des coûts d'exploitation globaux plus faibles |
L'extrême dureté permet de créer des arêtes de coupe plus tranchantes et plus durables, ce qui se traduit par des coupes douces et précises, une durée de vie plus longue de l'outil et des remplacements d'outils moins fréquents.
Limites des bandes de carbure
Les bandes de carbure présentent certaines limites que les utilisateurs doivent connaître :
Inconvénients des bandes de carbure
| Limitation | Description |
|---|---|
| La fragilité | Susceptible de se fissurer sous l'effet de charges d'impact |
| Réactivité chimique | Réagit aux fluides extrêmement corrosifs |
| Haute pression | Nécessite un équipement de formage à très haute pression |
| Coûts initiaux | Plus cher que les alliages d'acier au carbone |
| Inventaire | Plus large gamme de grades et de tailles en stock |
| Recyclabilité | La récupération des bandes usagées est un défi |
Si cette dureté supérieure permet d'améliorer les performances de coupe, elle entraîne également la fissuration des bandes de carbure en cas d'impact soudain. Elles ont également du mal à supporter les solutions très acides ou alcalines. La dépendance au cobalt limite les performances à des températures supérieures à 1000°C.
Spécifications des bandes de carbure
Les bandes de carbure ont des spécifications précises définies par des organismes de normalisation internationaux :
Normes relatives aux bandes de carbure
| Organisation | Standard |
|---|---|
| ISO | ISO 513:2012 Classification et application des matériaux de coupe durs |
| ANSI | ANSI B74.12-2009 Ébauches d'outils et de matrices en carbure |
| ASTM | F2094-18 Spécification standard pour les poudres lourdes WC |
| MIL | MIL-T-13326 Ébauches d'outils en carbure de tungstène |
Ils classent les bandes en fonction de leurs propriétés, de leur composition, de leur granulométrie, de leur géométrie, de leurs tolérances dimensionnelles, de leurs marquages, de leurs contrôles de qualité, de leurs procédures d'essai et de leurs méthodes d'emballage, afin d'en faciliter l'identification et la traçabilité.
Les utilisateurs doivent sélectionner les bandes en fonction de la dureté requise, de la résistance à la rupture transversale, des normes de contrôle magnétoscopique, des seuils de rugosité de surface, des pourcentages de teneur en cobalt, de la microstructure et d'autres paramètres mentionnés dans ces spécifications.
Comparaison des bandes de carbure
Les qualités de bandes de carbure diffèrent considérablement en termes de coût, de performances et d'applications.
Comparaison des classes
| Paramètres | C2 Grade droit | C6 10% TiC Allié | C8 25% TiC/TaC/WC |
|---|---|---|---|
| Dureté | 86 HRA | 88 HRA | 89 HRA |
| Résistance à la rupture transversale | 350 ksi | 450 ksi | 600 ksi |
| Température maximale | 1000°C | 1100°C | 1150°C |
| Applications clés | Objectif général | Acier rapide, alliages | Alliages de nickel, composites |
| Prix relatif | 1X | 1.4X | 1.8X |
Les compositions plus complexes coûtent plus cher mais permettent de couper des matériaux plus résistants à des vitesses et des températures plus élevées. Le choix de la nuance la plus simple pour répondre aux exigences permet donc d'équilibrer les performances et les coûts.
Fournisseurs de bandes de carbure
Des fabricants spécialisés du monde entier produisent des ébauches de bandes de carbure et des outils de coupe finis :
Principales entreprises de bandes de carbure
| Entreprise | Localisation | Niveaux disponibles |
|---|---|---|
| Kennametal | ÉTATS-UNIS | C1 - C12, sur mesure |
| Matériaux Mitsubishi | Japon | C2 - C8 |
| Ceratizit | Luxembourg | C1 - C12, Nanogrades |
| Sandvik | Suède | C2 - C6 Ti-alliages |
| Tungstène de Chine | Chine | C2 - C4 Classe économique |
Parmi les autres sources d'approvisionnement figurent Kyocera, ZZM Carbide, Zhuzhou Jinggong et TaeguTec. La plupart des producteurs proposent des services OEM pour la conception et la fabrication d'outils de coupe en carbure spécifiques à une application, en utilisant des substrats de bandes de carbure produits en interne.
Prix moyen des bandes de carbure
| Grade | Bande de 0,020″ d'épaisseur x 0,5″ de largeur |
|---|---|
| Usage général C2 | $8-12 par pièce |
| Coupe de finition C4 | $15-20 par pièce |
| Acier rapide C6 | $25-35 par pièce |
Les prix varient en fonction des volumes, des dimensions, de la fabrication et des facteurs économiques. Les qualités avec des renforts supplémentaires en TiC ou en céramique coûtent plus de 50% de plus.
FAQ
Q : À quelle fréquence les bandes de carbure doivent-elles être remplacées ?
R : Grâce à leur extrême résistance à l'usure, les plaquettes en carbure ont une durée de vie 5 à 10 fois supérieure à celle des plaquettes en acier à outils avant de devoir être remplacées. Les arêtes en acier rapide peuvent nécessiter un remplacement après 1 à 2 heures, alors que les arêtes en carbure peuvent fonctionner pendant 15 à 20 heures.
Q : Les bandes de carbure usagées peuvent-elles être recyclées ?
R : La récupération des bandes de carbure usagées est difficile car le liant cobalt limite le traitement à haute température. Les entreprises spécialisées utilisent des procédés chimiques pour extraire le tungstène, mais ces procédés sont coûteux en raison des faibles taux de récupération et des exigences complexes en matière d'élimination des déchets.
Q : Quelle est l'épaisseur des bandes de carbure ?
R : Les bandes de carbure d'une épaisseur maximale de 2 pouces sont produites par des méthodes de métallurgie des poudres suivies d'un laminage/étirage pour réduire l'épaisseur. Les limites maximales d'épaisseur sont liées à la capacité des presses à compacter les précurseurs de poudre. Les bandes plus fines permettent de réaliser des pointes et des arêtes complexes.
Q : Quelles sont les industries qui utilisent des outils de coupe en carbure de tungstène ?
R : Outre l'usinage des métaux, les outils en carbure coupent le verre, la céramique, le bois, les composites, le silicium, les tissus, les plastiques et même les aliments. Les principales industries qui utilisent ces outils sont l'automobile, l'aérospatiale, les moules et matrices, les produits de consommation, l'électronique, la construction, le papier, les appareils médicaux, les textiles et l'industrie alimentaire.
Q : Pourquoi choisir le carbure plutôt que l'acier rapide ?
R : Les bandes de carbure offrent une dureté extrême permettant des coupes plus nettes et plus lisses et une durée de vie 4 à 5 fois supérieure à celle de l'acier rapide avant de nécessiter un réaffûtage ou un remplacement. Malgré des coûts initiaux plus élevés, les bandes de carbure offrent le coût d'exploitation global le plus bas et une productivité de fabrication plus élevée.
Conclusion
D'une dureté et d'une résistance à l'usure exceptionnelles, les bandes de carbure produisent des arêtes de coupe tranchantes et durables, idéales pour l'usinage, la refente, le rognage, le tranchage et d'autres applications exigeantes. Elles améliorent considérablement la durée de vie et les performances par rapport aux arêtes en acier. Les principaux fabricants du monde entier proposent des bandes de carbure dans des qualités et des tailles normalisées. En choisissant la composition, les dimensions et les tolérances optimales en fonction des propriétés du matériau à usiner et des exigences de production, les utilisateurs peuvent mettre en œuvre des solutions de coupe robustes et rentables.
