Plaques plates en carbure de tungstène sont des plaques métalliques rigides fabriquées en carbure de tungstène, un matériau cermet extrêmement dur. Ce guide présente une vue d'ensemble des plaques plates en carbure de tungstène, de leurs propriétés, de leur fabrication, de leurs nuances, de leurs dimensions, de leurs applications et de leurs fournisseurs.
Vue d'ensemble de la plaque plate en carbure de tungstène
Les plaques plates en carbure de tungstène sont des pièces plates en carbure de tungstène, disponibles en différentes tailles et épaisseurs. Ce sont des plaques extrêmement rigides, durables et résistantes à la chaleur, avec une forte résistance à la compression.
Le carbure de tungstène est un matériau composite contenant du tungstène métallique et du carbone. Il est communément appelé cermet (matériau céramo-métallique). Le type le plus communément utilisé dans les plaques contient un mélange de carbure de tungstène et de cobalt 6% à 15% comme liant.
Les principales propriétés qui rendent le carbure de tungstène précieux pour les plaques plates sont les suivantes :
- Dureté et rigidité extrêmes - l'un des métaux les plus durs disponibles
- Excellente résistance à l'usure et durabilité
- Résistance élevée aux chocs, à la flexion et à l'écrasement
- Résistance aux températures élevées et aux chocs thermiques
- Résistance à la corrosion et aux produits chimiques
Ces propriétés permettent aux plaques de carbure de tungstène de résister à des conditions difficiles dans des applications critiques de toutes les industries. Leur dureté extrême les rend très résistantes à l'usure, ce qui leur permet de durer plus longtemps que l'acier et d'autres matériaux.
Les plaques plates en carbure de tungstène sont le plus souvent utilisées pour garnir des équipements ou créer des surfaces de travail très durables. Les exemples les plus courants sont les suivants :
- Revêtement pour broyeurs à boulets, concasseurs, centrifugeuses et réacteurs
- Revêtement dur pour les pompes, les vannes, les tuyaux et les goulottes
- Lits d'équipements de précision pour l'usinage
- Matrices pour l'extrusion, l'estampage et le tréfilage
- Composants des outils de forage et d'exploitation minière
L'innovation continue dans la technologie du carbure de tungstène permet de créer des nuances optimisées pour des facteurs tels que la ténacité, la résistance ou des conditions de fonctionnement spécifiques.
Composition de plaques plates en carbure de tungstène
Le carbure de tungstène utilisé dans les plaques contient :
- carbure de tungstène (WC) de 85% à 95% assurant la dureté et la résistance à l'usure
- 5% à 15% cobalt (Co) comme liant métallique ductile qui maintient le carbure de tungstène ensemble
La teneur en cobalt détermine les propriétés telles que la ténacité à la rupture et la résistance à l'usure. Les nuances de WC à faible teneur en cobalt ont une dureté et une résistance à l'usure plus élevées, mais sont plus fragiles. Les nuances de WC à forte teneur en cobalt sont plus résistantes mais légèrement moins dures et moins résistantes à l'abrasion.
Mélange typique de carbure de tungstène utilisé dans les plaques :
| Composition | Gamme |
|---|---|
| Carbure de tungstène (WC) | 85-95% |
| Liant de cobalt (Co) | 5-15% |
La taille de la poudre de départ de WC utilisée affecte également les propriétés du matériau obtenu. Des grains de WC plus petits augmentent généralement la dureté et la résistance à l'abrasion.
Le mélange de carbure de tungstène est formé et fritté à l'aide de techniques spécialisées de métallurgie des poudres pour créer la plaque finie.
Propriétés de plaques plates en carbure de tungstène
Propriétés physiques :
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 14,95 à 15,1 g/cm3 |
| Point de fusion | 2870°C |
| Module d'élasticité | 520 à 630 GPa |
| Rapport de Poisson | 0,22 à 0,24 |
| Module de cisaillement | 262 GPa |
| Résistivité électrique | 25 à 35 μΩ.cm |
| CTE | ~4,6 μm/m-K |
Propriétés mécaniques varient en fonction de la teneur en cobalt et de la taille des grains de carbure :
| Propriété | Gamme |
|---|---|
| Dureté | 86 à 93 HRA (~2500 HV) |
| Résistance à la compression | 1,9 à 6,8 GPa |
| Résistance à la rupture transversale | 600 à 3100 MPa |
| Résistance à la rupture (K1C) | 7 à 30 MPa√m |
Caractéristiques principales :
- Extrêmement dur - jusqu'à 2500 Vickers lorsque le cobalt est de 6 à 10%
- Très rigide avec un module d'Young élevé - flexion minimale
- Résiste jusqu'à 1200°C sans oxydation
- Chimiquement inerte et résistant à la corrosion
Grades de plaques de carbure de tungstène
Il existe de nombreuses qualités de carbure de tungstène pour les plaques, classées en fonction de propriétés telles que la dureté, la ténacité et la teneur en cobalt. Les principaux types de nuances sont les suivants :
1. Nuances de carbure à usage général
- Bonne combinaison de résistance à l'usure et de ténacité
- Le cobalt varie de 6% à 16%
- Dureté d'environ 86 HRA ; 850 à 1000 HV
- Utilisations courantes - pièces d'usure et outillage
2. Nuances de carbure trempé
- Résistance accrue aux chocs et à la flexion grâce à l'ajout de nickel
- Dureté d'environ 84 HRA
- Utilisé là où une grande fiabilité est nécessaire
3. Nuances de carbure à micrograins
- Poudre de carbure inférieure à 1 micron pour une dureté et une résistance à l'usure maximales
- Dureté supérieure à 90 HRA ; ~2500 Vickers
- Résistance à l'abrasion la plus élevée parmi les grades WC
- Cassant ; utilisé pour façonner des matériaux abrasifs
Comparaison des principales qualités de plaques de carbure de tungstène
| Type de grade | Gamme de dureté | Teneur en cobalt | Caractéristiques principales |
|---|---|---|---|
| Usage général | 86 à 88 HRA | 6-10% | Bonne résistance à l'usure |
| Trempé | 82 à 85 HRA | 8-12% Additifs pour le nickel | Ténacité et résistance à la flexion accrues |
| Micrograin | Jusqu'à 93 ARH | 6-8% | Performance d'usure maximale pour le façonnage de matériaux abrasifs |
Plaques plates en carbure de tungstène Spécifications
Les plaques plates en carbure de tungstène sont disponibles en stock ou fabriquées sur mesure dans différentes tailles et tolérances dimensionnelles - couvrant des centaines de spécifications de carbure.
Dimensions des plaques
Disponibles en dimensions métriques et impériales, jusqu'à des plaques de 2000 x 1000 mm. Les épaisseurs standard vont de 2 mm à 75 mm. Les dimensions courantes sont les suivantes
- 50 x 50 mm
- 100 x 100 mm
- 150 x 150 mm
- 200 x 200 mm
- 300 x 300 mm
- 500 x 500 mm
Les plaques sur mesure peuvent être fabriquées dans n'importe quelle combinaison de longueur, de largeur et d'épaisseur.
Tolérances dimensionnelles
Les tôles sont généralement fournies avec des tolérances allant d'une précision de +/- 0,02 mm à des tolérances plus souples de +/- 0,50 mm sur les dimensions. Les tolérances spéciales comprennent :
- Grade G (précision) - +/- 0,013 mm
- Grade S ou B - +/- 0,05 mm
- Grade A - +/- 0,1 mm
- Grade GP - +/- 0,50 mm
La qualité influe sur le prix - plus la qualité de la tolérance est stricte, plus le prix est élevé. La tolérance dimensionnelle a une incidence sur l'adéquation des tôles aux applications d'équipement de précision.
Processus de fabrication
Les plaques plates en carbure de tungstène sont fabriquées par des techniques de métallurgie des poudres et de frittage :
Les étapes :
- Mélanger des poudres de carbure de tungstène et de cobalt
- Presser le composé dans une préforme "verte" par pressage isostatique à froid
- Frittage de la préforme à 1400°C à 1500°C dans une atmosphère sous vide
- Plaque de carbure recuit pour une combinaison optimale de dureté et de ténacité
- Usiner les plaques aux dimensions finales et rectifier la surface
- Les tests qualitatifs vérifient la dureté, la microstructure, les dimensions et les défauts.
- Inspection visuelle finale avant expédition
La méthode de la métallurgie des poudres permet de produire en masse des géométries complexes de carbure de tungstène. Elle permet d'obtenir des propriétés constantes d'une pièce à l'autre.
Plaques plates en carbure de tungstène Applications et utilisations
Grâce à leur dureté exceptionnelle, à leur résistance à l'usure et à leur résistance thermique, les plaques plates en carbure de tungstène ont des utilisations industrielles diverses, notamment :
Applications liées à l'usure et à l'abrasion :
- Revêtement dur pour les pompes, les vannes et les tuyaux transportant des boues abrasives
- Revêtements de goulottes, de trémies et de convoyeurs à vis
- Revêtements pour broyeurs, pulvérisateurs, centrifugeuses, réacteurs
- Rouleaux pour laminoirs
- Outillage RVSP
Équipement de précision :
- Lits pour machines à rectifier de précision
- Bases pour machines à mesurer tridimensionnelles
- Glissières pour machines de précision
Traitement des métaux :
- Filières d'extrusion pour métaux non ferreux
- Matrices de tréfilage pour fils de cuivre et d'aluminium
- Matrices d'estampage
Exploitation minière et forage
- Guides et ancrages pour le forage des roches
- Inserts de buse
Électronique
- Plaques porteuses pour machines de perçage de circuits imprimés
- Convoyeurs de plaquettes
Comparaison des principaux domaines d'application des plaques en carbure de tungstène
| L'industrie | Applications clés | Les moteurs de la demande |
|---|---|---|
| Exploitation minière | Revêtements de machines, outillage | Performance en matière d'usure |
| Traitement des métaux | Matrices d'extrusion, estampage | Dureté, résistance à la température |
| Transformation des aliments | Revêtements de broyeurs, convoyeurs | Résistance à l'abrasion et aux produits chimiques |
| Pétrole et gaz | Vannes, pompes | Résistance à l'usure et à la corrosion |
| Aérospatiale | Bancs de meulage, usinage | Précision dimensionnelle, finition de la surface |
Fournisseurs et prix
Les plaques plates en carbure peuvent être achetées auprès de fournisseurs spécialisés dans les pièces de machines en carbure de tungstène. Les détaillants en ligne stockent également les tailles de plaques les plus courantes.
Fourchette de prix typique :
US$60 - US$250 par plaque pour des plaques de 50 x 50 x 10 mm, en fonction de la qualité et de la tolérance. Les prix de détail pour les petits volumes sont plus élevés.
Principaux fournisseurs mondiaux
| Entreprise | Emplacement du siège |
|---|---|
| Tunco Manufacturing | ÉTATS-UNIS |
| Midwest Tungsten Service | ÉTATS-UNIS |
| Federal Carbide Company | ÉTATS-UNIS |
| Groupe Ceratizit | Luxembourg |
| Sandvik | Suède |
L'achat de plaques auprès de fabricants de premier plan garantit des normes de qualité fiables. Certains proposent des services à valeur ajoutée tels que le meulage de précision et la fabrication sur mesure.
Inducteurs de coûts :
- Classe de tolérance - le meulage de précision augmente le prix
- Quantité et taille - les commandes en gros sont moins chères par pièce
- Sélection des grades - les grades de micro-grains de qualité supérieure sont plus chers
- Fabrication supplémentaire - un traitement supplémentaire signifie un coût plus élevé
Conseils pour l'optimisation des prix
- Pour les utilisations typiques d'outillage, une qualité standard offre la meilleure valeur.
- Acheter les plus grandes tailles utilisables pour un prix inférieur par pièce
- Dans la mesure du possible, adapter les conceptions pour utiliser des plaques de taille standard.
- Pour les travaux de précision légers, une tolérance de niveau B est souvent suffisante.
Analyse comparative
contre l'acier :
- Dureté et résistance à l'usure nettement supérieures
- Plus rigide et plus stable sous l'effet de la force
- Résiste à des températures de fonctionnement plus élevées
- Plus résistants aux produits chimiques et inertes
- Matériau nettement plus cher
vs Plaques en alliage de tungstène
- 2x plus dur qu'une plaque de tungstène pur
- Température nominale beaucoup plus élevée - plus de 1200°C
- Caractéristiques d'usure supérieures
- Plus facile à usiner avec des tolérances fines
- Moins lourd pour une taille de plaque donnée
vs plaques de carbure de silicium :
- Dureté et résistance chimique très similaires
- Taux d'usure comparables dans les environnements abrasifs
- Moins sujet à des fractures fragiles en cas d'impact
- Nécessite une fabrication de haute précision
- Le carbure de silicium offre des températures plus élevées
Avantages et inconvénients
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Dureté et rigidité exceptionnelles | Matériau coûteux |
| Résistance extrême à l'usure et à l'abrasion | Ténacité faible ; cassant |
| Résiste aux températures élevées | Plaques à forte densité |
| Chimiquement inerte et stable | Défi de fabrication et d'usinage |
| Stabilité dimensionnelle sous charge | Faible résistance aux chocs thermiques à l'état nu |
| Propriétés cohérentes des matériaux | Sensible à la lixiviation du cobalt en cours d'utilisation |
Idéal pour :
- Environnements extrêmement abrasifs
- Lits d'équipements de précision
- Applications courantes de l'outillage
Déconseillé pour :
- Conditions de fatigue à haute température
- Procédés chimiques hautement corrosifs
- Applications sujettes à des charges d'impact soudaines
FAQ
Q : Quelle épaisseur de plaque de carbure de tungstène doit-on utiliser pour le revêtement d'un concasseur ?
R : Pour les revêtements de concasseurs, l'épaisseur des plaques de carbure de tungstène est généralement comprise entre 18 et 28 mm, en fonction de la taille de la machine et de l'alimentation. Les plaques plus minces s'usent rapidement. Les plaques trop épaisses ne sont pas rentables.
Q : Les plaquettes en carbure de tungstène peuvent-elles être soudées ou brasées ?
R : Le carbure de tungstène lui-même ne peut pas être directement brasé ou soudé. Les plaques sont souvent brasées sous vide à un support en acier ou à un autre substrat en tant qu'assemblage. Il faut utiliser des brasures spéciales à basse température formulées pour l'assemblage du carbure.
Q : Les plaques en carbure de tungstène peuvent-elles être utilisées dans les acides ?
R : Le carbure de tungstène lui-même présente une excellente résistance à la corrosion et l'attaque de la plupart des acides minéraux est négligeable. Toutefois, une exposition prolongée peut entraîner une lixiviation préférentielle du liant cobalt qui affaiblit la structure interne. Il faut s'attendre à une certaine perte de résistance structurelle après des années d'utilisation d'acides.
Q : Qu'est-ce qui provoque des fissures dans les plaques de carbure de tungstène ?
R : Les fissures internes ou les fractures franches dans le carbure de tungstène sont généralement causées par des défauts de matériau lors de la fabrication ou par des dommages mécaniques dus à l'utilisation. Les défauts comprennent la formation de vides pendant le frittage ou la formation d'un bassin de cobalt. Les dommages mécaniques peuvent résulter de charges élevées et soudaines dépassant la ténacité relativement faible du carbure de tungstène. Les chocs thermiques lors du chauffage provoquent également souvent des fissures en surface.
Q : Les plaquettes en carbure de tungstène peuvent-elles être réutilisées ou recyclées ?
R : Les plaques de carbure de tungstène usagées peuvent être récupérées et recyclées. Les articles peuvent être triés par catégorie et reconstruits en plaques neuves à l'aide de méthodes spécialisées de pressage et de frittage. Ce processus de récupération permet de récupérer le contenu coûteux en tungstène en vue d'une réutilisation. Cependant, les propriétés se dégradent à chaque cycle de recyclage.
