Ébauches plates en carbure Les flans plats en carbure de tungstène sont un matériau important utilisé dans plusieurs industries pour des applications d'usinage et d'outillage. Ce guide présente une vue d'ensemble des flans plats en carbure : composition, propriétés, fabrication, dimensions, qualités, normes, applications, fournisseurs, coûts, avantages et inconvénients, ainsi que d'autres détails importants.
Aperçu des ébauches plates en carbure
Les ébauches plates en carbure sont des morceaux de carbure façonnés en carrés, rectangles ou disques plats qui servent de pièce de départ pour l'usinage. La dureté élevée du carbure, sa résistance à l'usure et sa solidité en font un matériau idéal pour les outils de coupe, les matrices, les pièces de machines et d'autres applications nécessitant une durabilité dans des conditions extrêmes.
Les ébauches en carbure permettent aux machinistes de rectifier, d'affûter et d'usiner le carbure pour en faire un outil, un moule ou une matrice sur mesure. La pièce en carbure usinée peut ensuite être fixée à un corps d'outil ou à un matériau de base. Le fait de disposer d'ébauches de carbure normalisées simplifie le processus de fabrication par rapport à la fabrication d'une forme de carbure à partir de zéro.
Les flans en carbure permettent d'obtenir une pièce uniforme avec des tolérances serrées sur des dimensions telles que l'épaisseur et la planéité. Des ébauches cohérentes permettent de créer des outils et des matrices de précision en carbure en respectant des spécifications précises.
Les principaux facteurs qui influencent le choix d'une ébauche plate en carbure sont les suivants :
- Composition (type de liant et grains de carbure)
- Grade (dureté et ténacité)
- Taille des grains
- La pureté
- Tolérances
- Revêtements
- Dimensions et épaisseur
- Finition de la surface
- Coût
Ce guide couvre les principales propriétés, spécifications et applications des ébauches plates en carbure. Nous avons rassemblé les détails dans des tableaux et des sections faciles à trouver pour comparer les différentes options d'ébauches. Utilisez les informations ci-dessous pour sélectionner l'ébauche plate en carbure la mieux adaptée à vos besoins de fabrication.
Composition des Ébauches plates en carbure
Les ébauches en carbure sont constituées d'un composé de carbure et d'un liant métallique. Les grains de carbure dur offrent une résistance à l'usure tandis que le liant agit comme une matrice pour maintenir les grains ensemble. La composition détermine les propriétés et les performances finales.
Composés de carbure
Plusieurs composés de carbure sont utilisés pour produire des ébauches. Les plus courants sont :
| Type de carbure | Formule | Propriétés |
|---|---|---|
| Carbure de tungstène | WC | Dureté et résistance à l'usure maximales |
| Carbure de tantale | TaC | Dureté élevée à haute température |
| Carbure de titane | TiC | Haute résistance et ténacité à la rupture |
| Carbure de silicium | SiC | Conductivité thermique élevée |
Le carbure de tungstène est le plus utilisé en raison de sa dureté exceptionnelle, ce qui le rend idéal pour les applications d'usinage dur. Les qualités avancées peuvent combiner plusieurs composés de carbure afin d'optimiser les propriétés.
Reliures
Le type de liant affecte la résistance, la ténacité et le comportement à haute température. Les liants les plus courants sont les suivants :
| Type de classeur | Composition | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Cobalt | Co | Le plus courant, il assure la résistance et la robustesse |
| Nickel | Ni | Ténacité supérieure à celle du cobalt |
| Chrome | Cr | Ajouté pour la résistance à la corrosion |
| Tantale | Ta | Améliore la dureté à haute température |
| Niobium | Nb | Augmente la résistance à la rupture |
Le cobalt est le liant le plus populaire en raison de sa combinaison de solidité, de ténacité et de résistance à la corrosion. Le liant nickel est ajouté lorsqu'une plus grande ténacité à la rupture est nécessaire. D'autres éléments renforcent des qualités spécifiques.
Propriétés des ébauches plates en carbure
Les propriétés des ébauches de carbure dépendent des grains de carbure, du liant, de la méthode de fabrication et d'autres paramètres. Voici les principales caractéristiques prises en compte lors de la sélection d'une nuance :
| Propriété | Description | Facteurs |
|---|---|---|
| Dureté | Résistance à la déformation, à l'abrasion, à la coupure | Type de carbure, taille des grains, liant |
| Solidité | Capacité à absorber les chocs sans se fracturer | Type de liant, granulométrie |
| La force | Contrainte maximale avant rupture | Teneur en carbure, taille des grains |
| Résistance à l'usure | Résistance à l'usure par glissement ou frottement | Dureté, taille des grains |
| Conductivité thermique | Capacité à conduire la chaleur | Type de carbure, pureté |
| Résistance à la corrosion | Résistance aux dommages environnementaux | Composition du liant, revêtements |
La dureté, la résistance à l'usure et la ténacité à la rupture sont essentielles pour les outils de coupe et les matrices. La conductivité thermique est également importante pour évacuer la chaleur des arêtes de coupe. Des nuances spécifiques équilibrent ces propriétés pour une application donnée.
Fabrication de Ébauches plates en carbure
La production d'ébauches en carbure implique des processus soigneusement contrôlés pour obtenir des propriétés matérielles précises. Voici les principales étapes :
| Étape de fabrication | Description |
|---|---|
| Broyage et mélange | Des quantités mesurées de poudre de carbure et de liant sont broyées en un mélange homogène. |
| Compactage | La poudre est compactée sous une forme "verte" à l'aide de presses pouvant atteindre 4 000 psi. |
| Frittage | Les formes vertes sont chauffées dans un four sous vide pour fusionner les grains par frittage. Cela permet de densifier la structure. |
| Broyage | L'ébauche frittée est rectifiée avec précision pour obtenir des tolérances serrées sur l'épaisseur, la planéité, l'état de surface et les dimensions. |
| Préparation des bords | Les bords sont chanfreinés, biseautés ou arrondis pour protéger les arêtes de coupe. |
| Revêtement | Les revêtements PVD, CVD et autres sont souvent appliqués pour améliorer la résistance à l'usure ou le pouvoir lubrifiant. |
| Inspection finale | Des contrôles détaillés permettent de vérifier que les ébauches répondent à toutes les spécifications. |
La précision à chaque étape garantit la création d'une microstructure dense et uniforme avec une taille de grain de carbure contrôlée et des propriétés constantes.
Grades d'ébauches plates en carbure
Les nuances classent les flans en fonction de leur dureté, de leur ténacité et de leur comportement à haute température, selon des systèmes normalisés. Les plus courants sont les suivants :
| Système de notation | Détails |
|---|---|
| C Grades | Système C à deux chiffres allant de C1 à C8. Les chiffres les plus élevés indiquent une dureté supérieure et une ténacité inférieure. |
| P Notes | Attribué en fonction de la composition et de la taille des grains. P01 correspond à un grain grossier, tandis que P50 correspond à un grain ultrafin. |
| M Notes | Développé pour les boutons d'exploitation minière. Le M10 est grossier tandis que le M40 a des grains fins. |
| K Classes | Indique la teneur en liant cobaltifère de K05 à K40. Les chiffres les plus élevés contiennent plus de cobalt. |
Dans chaque système, plus le chiffre est élevé, plus la taille du grain est petite et plus la qualité est dure et résistante à l'usure. Les qualités dures se coupent plus rapidement mais sont fragiles. Les qualités plus dures résistent mieux aux chocs.
Le revêtement, les liants, la taille des grains et d'autres variables influent également sur les propriétés de la qualité. Il est possible d'obtenir des grades personnalisés ou exclusifs combinant des caractéristiques idéales.
Taille des grains des ébauches en carbure
La taille des grains correspond à la taille moyenne des particules de carbure de tungstène dans la microstructure. Elle influence de manière significative les propriétés et les performances des ébauches. Les tailles de grain standard sont les suivantes :
| Taille des grains | Gamme de micromètres | Caractéristiques |
|---|---|---|
| Ultra-fin | <0,5 μm | Dureté et résistance à l'usure maximales |
| Submicron | 0,5 - 1 μm | Très dur avec une bonne résistance |
| Bien | 1 - 2 μm | Dur et solide pour un usage général |
| Moyen | 2 - 4 μm | Plus robuste et plus résistante aux chocs |
| Grossière | 4 - 8 μm | Ténacité et résistance à la rupture maximales |
| Très grossier | >8 μm | Meilleure résistance aux impacts abusifs |
Les grains les plus fins augmentent la dureté et les propriétés d'usure. Les grains plus grossiers améliorent la ténacité et la capacité à résister aux forces sans s'écailler. Les grains ultrafins et submicroniques conviennent mieux à l'usinage de précision à faible force.
Dimensions des ébauches plates en carbure
Les ébauches en carbure sont produites dans des tailles standard ou coupées aux dimensions spécifiées. Les dimensions typiques sont les suivantes :
| Forme | Dimensions communes | |
|---|---|---|
| Carrés | 1/2″, 3/4″, 1″, 1-1/4″, 1-1/2″ | |
| Rectangles | 1/2″ x 1″, 3/4″ x 1-1/2″, 1″ x 2″, 1-1/4″ x 3″ | |
| Disques et rondelles | 1/2″ OD x 1/4″ ID, 1″ OD x 1/2″ ID, 2″ OD x 1″ ID | |
| Dimensions sur mesure | Disponible jusqu'à 8" x 8". |
L'épaisseur est généralement de 1/8", 1/4" ou 3/8", les épaisseurs de 1/8" et 1/4" étant les plus courantes. Des tolérances précises sur les dimensions, le parallélisme, la planéité et l'équerrage sont maintenues. Des dimensions de flans sur mesure sont possibles.
Finitions de surface des ébauches en carbure
L'état de surface, mesuré en valeurs Ra ou RMS, affecte les performances de l'application. Les finitions de surface les plus courantes sont les suivantes
| Finition de la surface | Gamme Ra (μin) | Utilisations typiques |
|---|---|---|
| Comme fritté | 50 – 80 | Objectif général |
| Sol | 30 – 50 | Outillage à tolérance étroite |
| Effondré | 5 – 20 | Outillage de précision |
| Poli | 1 – 10 | Finitions miroir |
| EDM | 5 – 10 | Géométries complexes |
Une finition de surface lisse améliore les performances en réduisant le frottement et l'adhérence dans des matériaux tels que l'aluminium. Les finitions polies très fines sont utilisées lorsque la réflectivité de la surface est nécessaire.
Revêtements pour ébauches en carbure
L'application de revêtements sur les surfaces des flans améliore les propriétés telles que la lubrification, la résistance à l'usure, la protection contre la corrosion et la capacité d'isolation. Les revêtements courants des ébauches en carbure sont les suivants
| Revêtement | Composition | Avantages |
|---|---|---|
| TiN | Nitrure de titane | Dureté générale, résistance à l'usure et à la corrosion |
| TiCN | Nitrure de carbone de titane | Dureté et pouvoir lubrifiant |
| TiAlN | Nitrure d'aluminium et de titane | Résistance à l'oxydation à haute température |
| Diamant | DLC, CVD diamant | Faible frottement, conductivité thermique élevée |
| Téflon | Polymères PTFE | Réduction de la friction et de l'adhérence |
Plusieurs couches de revêtements sont souvent combinées pour améliorer des caractéristiques spécifiques. Les revêtements personnalisés peuvent fournir des performances optimales pour l'application.
Applications des ébauches plates en carbure
Les propriétés uniques du carbure lui permettent d'être utilisé dans les applications suivantes :
| L'industrie | Applications |
|---|---|
| Travail des métaux | Matrices de coupe et de formage, poinçons, outillage |
| Travail du bois | Fraises, pointes de scie, mèches de toupie |
| Plastiques | Moules d'injection, matrices d'extrusion |
| Automobile | Matrices de formage, gabarits, montages |
| Aérospatiale | Outils de coupe, pièces d'usure, moules |
| Médical | Instruments chirurgicaux, outils dentaires |
| Électronique | Usinage de plaquettes, filières de tréfilage |
La dureté du carbure à haute température est essentielle pour le découpage et le formage des métaux, où la durée de vie de l'outil est primordiale. La résistance à la corrosion est bénéfique pour les moules d'injection plastique et la fabrication de composants électroniques.
Différentes nuances de carbure équilibrent la ténacité et la dureté pour ces applications en fonction des forces, des vitesses et de l'environnement.
Comment sélectionner les nuances de carbure et la taille des grains ?
Le choix de la bonne nuance de carbure et de la bonne taille de grain dépend de l'application et des conditions de fonctionnement, notamment :
- Dureté du matériau de travail - Les matériaux plus durs nécessitent des grains plus fins et une dureté plus élevée pour être coupés et usinés efficacement. Les carbures à grains ultrafins sont les mieux adaptés aux aciers à outils trempés, aux céramiques et aux matériaux composites.
- Vitesse de coupe - Les vitesses plus élevées génèrent plus de chaleur et nécessitent des nuances résistantes à l'adoucissement thermique. Les carbures fins et submicroniques ont une dureté à chaud plus élevée.
- Forces d'impact - Les applications soumises à des vibrations ou à des charges d'impact nécessitent des qualités plus robustes avec des grains moyens et grossiers pour résister à la fracture et à l'écaillage.
- Précision - Des grains de carbure plus fins et des tolérances plus serrées permettent de fabriquer des pièces avec des spécifications plus strictes.
- Environnement - Les conditions corrosives peuvent nécessiter des liants ou des revêtements améliorés pour la résistance à l'oxydation et aux produits chimiques.
Il est recommandé de consulter les ingénieurs d'application des fournisseurs pour adapter les propriétés des ébauches en carbure aux conditions d'utilisation. Cela permet d'obtenir des performances et une productivité optimales.
Normes pour les ébauches plates en carbure
Des organisations internationales et nationales publient des normes régissant les spécifications, la qualité et les essais des ébauches en carbure. Les principaux organismes de normalisation sont les suivants
- ISO - Organisation internationale de normalisation
- ANSI - Institut américain de normalisation (American National Standards Institute)
- ASTM - Société américaine pour les essais et les matériaux
- JIS - Normes industrielles japonaises
Les normes applicables aux ébauches en carbure sont les suivantes
- ISO 1832 - Nuances de carbure structuré
- ANSI B212.4-1986 - Essai de dureté du carbure
- JIS R 1601 - Classification et granulométrie
- ASTM B865 - Méthodes de test
Les fabricants réputés testent les ébauches de carbure conformément à ces normes pour valider la nuance, l'uniformité de la dureté, la taille des grains et d'autres propriétés.
Fournisseurs d'ébauches plates en carbure
De nombreux fournisseurs industriels proposent une gamme d'ébauches en carbure. Parmi les principaux fabricants mondiaux, on peut citer
| Entreprise | Siège | Notes | Revêtements | Services |
|---|---|---|---|---|
| Sandvik | Suède | C, P, M, K | TiCN, AlTiN | Découpes sur mesure |
| Kennametal | États-Unis | KC, LC | TiN, TiCN | Support technique |
| Ceratizit | Luxembourg | CC, NN | TiAlN, DLC | Recyclage du carbure |
| Kyocera | Japon | Micrograin, grossier | TiCN, TiN | Ingénierie sur mesure |
| Mitsubishi | Japon | De l'ultrafin au grossier | TiAIN, CVD Diamant | Dimensions sur mesure |
Des fournisseurs régionaux plus petits sont également disponibles. Travailler avec un fournisseur de carbure expérimenté permet d'obtenir la nuance et l'ébauche optimales pour des besoins spécifiques. Ils proposent également des services supplémentaires tels que l'usinage et les revêtements sur mesure.
Coûts des ébauches en carbure
Les ébauches plates en carbure vont de $5 à $50 par livre en fonction de la taille, de la qualité, des tolérances et de la quantité :
- Notes - Les grains plus fins - submicron et ultrafins - sont plus chers que les grains grossiers. Les qualités sur mesure à forte teneur en cobalt coûtent également plus cher.
- Quantité - Les coûts par pièce varient de $1 à $4 pour les tailles courantes. Des remises sont accordées pour les commandes de plus de 10 à 20 pièces.
- Outillage - Les ébauches avec des tolérances de 0,0005" sont plus chères que les ébauches standard avec des tolérances de 0,001" à 0,002".
- Revêtements - Les flans revêtus coûtent environ 10-20% de plus que les flans non revêtus. Les revêtements multiples ou exotiques augmentent le coût.
- Taille - Les coûts d'outillage associés aux flans de plus grande taille et aux flans sur mesure sont souvent plus élevés.
Il est recommandé de demander un devis à plusieurs fournisseurs afin de trouver le meilleur équilibre entre la qualité et le coût pour une application donnée.
Le pour et le contre de la Ébauches plates en carbure
Avantages :
- Dureté extrême pour la résistance à l'usure
- Maintien de la résistance et de la capacité de coupe à des températures élevées
- Résiste à la corrosion et aux dommages chimiques
- Permet l'usinage de matériaux très durs ou abrasifs
- Propriétés constantes pour les composants de précision
- Simplification de la fabrication de géométries complexes
- Une large gamme de grades permet d'équilibrer la ténacité et la dureté
- Les revêtements améliorent les caractéristiques spécifiques
- Disponible en tailles et géométries standard et personnalisées
Limites :
- Plus coûteux que les ébauches en acier à outils ou en acier rapide
- Fragile, risque d'écaillage en cas d'impact
- Nécessite un meulage au diamant en raison de sa dureté
- Plus lourd que les autres matériaux d'outillage
- Difficile d'usiner des caractéristiques internes complexes
- Les revêtements peuvent se décoller sous l'effet de forces extrêmes
- L'arrachement des grains peut se produire si la qualité du carbure est médiocre.
- Manipulation spéciale nécessaire pour éviter les fissures
FAQ
Q : Quelles sont les qualités de carbure les plus couramment utilisées ?
R : Pour l'usinage général, les nuances C2, C4 et C6 offrent un bon équilibre. Les nuances K10 et K20 avec des liants au cobalt sont également populaires. Pour les applications à forte usure, les nuances P submicroniques excellent, tandis que les nuances C8 à C10, très résistantes, conviennent aux coupes intermittentes.
Q : Quand faut-il utiliser les revêtements ou les flans non revêtus ?
R : Les revêtements améliorent la protection contre l'usure et le pouvoir lubrifiant. Ils sont recommandés pour les matériaux abrasifs ou gommeux comme l'acier au carbone, l'aluminium et le bois. Pour les travaux de courte durée, des ébauches non revêtues sont généralement utilisées.
Q : Comment les ébauches en carbure de tungstène sont-elles fabriquées ?
R : Les ébauches sur mesure sont généralement rectifiées à partir d'ébauches de géométrie standard. Les ébauches obtenues par électroérosion permettent d'obtenir des formes d'identification complexes, mais leur coût est plus élevé. Les ébauches miniatures nécessitent des processus spéciaux et des contrôles de qualité.
Q : Qu'est-ce qui provoque des micro-éclats sur les ébauches en carbure ?
R : Les fractures se forment à la suite d'un impact, de contraintes de meulage ou de vérifications thermiques dues à une surchauffe. Une manipulation correcte, des paramètres de meulage prudents et l'inspection des fissures minimisent le risque d'écaillage.
Q : Les flans en carbure peuvent-ils être réparés ou recouverts ?
R : Dans certains cas, il est possible de recouvrir ou de réaffûter les flans. Les réparations sont limitées pour les flans endommagés mais peuvent être une option par rapport au remplacement.
Q : Quels sont les principaux avantages du carbure par rapport aux ébauches d'outils en acier rapide ?
R : Le carbure conserve sa dureté et sa capacité de coupe à des températures beaucoup plus élevées que l'acier rapide, ce qui permet d'atteindre des vitesses plus élevées. Le carbure présente une résistance à l'usure supérieure pour une durée de vie plus longue sur les matériaux abrasifs.
Conclusion
Les propriétés uniques du carbure en font un matériau essentiel pour les applications durables de coupe, d'usinage et de formage dans tous les secteurs. Les ébauches plates en carbure constituent la base de la création d'outils et de composants personnalisés optimisés pour améliorer la productivité de la fabrication.
Le choix d'une qualité et d'une granulométrie adaptées aux conditions d'utilisation est essentiel pour maximiser les performances des flans. Il est recommandé de consulter des experts techniques lors de la sélection des flans pour une application donnée.
Les revêtements, les qualités spéciales et les grains fins élargissent les capacités du carbure pour les utilisations les plus exigeantes. Avec l'apparition de nouveaux liants et de technologies à grains ultrafins, les ébauches en carbure continueront à améliorer les processus de fabrication exigeant précision, rapidité et résistance aux environnements extrêmes.
