Plaques d'usure en carbure de tungstène sont des composants à usage intensif utilisés pour résister à l'abrasion, à l'adhérence, à l'érosion et aux chocs dans des environnements industriels exigeants. Composées de particules de carbure de tungstène liées dans une matrice métallique, ces plaques trempées offrent une durabilité supérieure à celle de l'acier standard pour les applications critiques à forte usure.
Avec une dureté extrême proche de celle du diamant et des surfaces polies, le carbure de tungstène dévie les impacts de particules mieux que d'autres matériaux. Cela permet de protéger les équipements tels que les goulottes, les trémies, les cyclones, les cribles, les séparateurs, les lignes de tir et les plates-formes de camions dans les secteurs de l'exploitation minière, du traitement des minerais, du ciment, de la sidérurgie, du papier et bien plus encore.
Ce guide fournit une vue d'ensemble des nuances de plaques d'usure en carbure de tungstène, des méthodes de fabrication, des propriétés, des considérations de conception, des fournisseurs mondiaux, des applications, des FAQ et bien plus encore.
Compositions de plaques d'usure en carbure de tungstène
Plaques d'usure en carbure de tungstène se caractérisent par une construction composite avec des composants distincts :
| Composant | Rôle |
|---|---|
| Particules de carbure de tungstène | Dureté extrême pour résister à l'usure |
| Liant Cobalt / Nickel | Liaison des particules de carbure de tungstène entre elles |
| Additifs comme le tantale, le titane, le niobium | Amélioration de la solidité et de la résistance à la rupture |
| Substrat en acier ou en alliage | Couche de support pour augmenter l'épaisseur de la plaque |
La résistance primaire à l'usure provient du carbure de tungstène dur, tandis que le liant et le support apportent un soutien mécanique. La variation de la taille des grains de carbure, des pourcentages de liant et des éléments d'alliage permet de créer des formulations de plaques d'usure spécialisées.
Les normes courantes relatives aux plaques d'usure en carbure de tungstène indiquent des compositions telles que 10/15/20% cobalt, ce qui fait référence à la quantité de liant cobalt utilisée par rapport à la teneur en carbure de tungstène. Une plus grande quantité de cobalt augmente la ténacité mais diminue la dureté.
Propriétés des plaques d'usure en carbure de tungstène
La construction composite garantit des propriétés physiques, mécaniques et de performance adaptées aux plaques d'usure en carbure de tungstène :
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Densité | 13,6 à 15,1 g/cm3 |
| Dureté | Jusqu'à 92 HRA (86 HR45N) |
| Résistance à la compression | Jusqu'à 8650 MPa |
| Résistance à la flexion | Jusqu'à 2410 MPa |
| Température de service maximale | Jusqu'à 500°C |
| Conductivité thermique | 60-100 W/m°K |
Les caractéristiques de dureté et de résistance très élevées confèrent au carbure de tungstène une résistance à l'abrasion exceptionnelle par rapport aux aciers alliés de 300-400 BHN. Associée à la stabilité thermique, cette résistance permet de survivre dans des environnements soumis à de fortes contraintes et attaquant les surfaces par le biais de particules, de bulles, d'écoulement de fluides, etc.
Les compositions "cermet" spécialisées à base de carbonitrure de titane et de nickel offrent également une dureté maximale proche de 92 HRA pour une résistance extrême à l'abrasion dans les minerais, les sables, les charges sales, etc.
Fabrication de plaques d'usure en carbure de tungstène
Deux techniques principales sont utilisées pour fabriquer des plaques d'usure en carbure de tungstène :
Plaques frittées et pressées
La poudre de carbure de tungstène et le liant sont compactés en plaques de dimensions allant jusqu'à 400 mm x 400 mm et d'une épaisseur de 30 mm à des températures et des pressions élevées. Plusieurs plaques poinçonnées peuvent être brasées sur de l'acier pour obtenir des sections plus épaisses. Ces plaques ont des propriétés uniformes et des formes complexes peuvent être produites à l'aide de matrices de pressage. Toutefois, la taille limite les applications des matériaux.
Caractéristiques des plaques d'usure en carbure de tungstène fritté
- Microstructure cohérente optimisant les performances mécaniques
- Jusqu'à 30 mm d'épaisseur de tôle finie en une seule couche
- Géométrie de précision possible grâce aux matrices de pressage
- Disponible avec des liants communs en cobalt ou en nickel
Plaques fusionnées et superposées
Les particules de carbure de tungstène broyées sont fusionnées sur des substrats en acier par pulvérisation à la flamme, par soudage ou par cladding au laser pour fabriquer de grandes plaques d'usure monoblocs. Celles-ci peuvent atteindre des dimensions plus importantes, comme 1500 x 6000 mm, mais présentent des variations de dureté directionnelles basées sur des techniques de recouvrement qui doivent être gérées.
Caractéristiques des plaques en carbure de tungstène fondu
- Pièces uniques avec champs jusqu'à 9 m2
- Options de plaques plus épaisses 40, 50, 60 mm
- Réduction des coûts des matières premières
- Quelques différences de propriétés entre les plaques
Les pièces d'usure monobloc superposées permettent d'économiser sur la fabrication, tandis que les composites multicouches pressés et frittés offrent des performances optimales.
Applications de la Plaques d'usure en carbure de tungstène
Avec une résistance à l'érosion, à la corrosion et à l'abrasion inégalée, les plaques d'usure en carbure de tungstène protègent les équipements vitaux dans les secteurs de l'exploitation minière, du traitement des minerais, de l'énergie thermique, du ciment et d'autres secteurs de la manutention :
| L'industrie | Problèmes d'usure courants | Utilisation des plaques d'usure |
|---|---|---|
| Exploitation minière | Impact et abrasion des minerais tels que le fer, le cuivre, l'or et l'argent. | Revêtements de goulottes, de trémies, de tamis, de cyclones et de classificateurs |
| Traitement des minéraux | Érosion des minerais, corrosion, gaz de combustion | Coudes de tuyaux, vannes, revêtement de séparateur |
| Ciment | Impact, abrasion du calcaire, du charbon, des additifs | Cône de classification, protection des lames du séparateur |
| Fabrication de l'acier | Abrasion due au frittage, au coke, aux charges minérales | Trémie, goulottes, plateaux de criblage, conduits |
| Centrales électriques | Erosion par les cendres volantes, voies de soufflerie de suie | Segments de gorge de pulvérisateur, composants de préchauffeur d'air |
Avec des compositions de carbure de tungstène et de liant adaptées, ces pièces d'usure sacrificielles résistent à des vitesses de particules supérieures à 50 m/s dans différentes zones de température, protégeant ainsi des actifs d'une valeur de plusieurs millions de dollars.
Normes et spécifications des plaques en carbure de tungstène
Les spécifications des plaques d'usure industrielles en carbure de tungstène couvrent les propriétés physiques, mécaniques et de composition :
| Paramètres | Spécification typique |
|---|---|
| Teneur en carbure de tungstène | 70 à 97% poids |
| Reliure en métal | Types et pourcentages de cobalt et de nickel |
| Taille des grains de carbure | Micromètres basés sur l'environnement d'usure |
| Valeur de dureté | Valeurs Rockwell / Vickers |
| Dimensions de la plaque | Longueur x largeur x épaisseur en mm |
| Classes de composition | ISO 13384 / 23344 , normes américaines LanCarb |
Outre le dimensionnement physique, les propriétés telles que la dureté, la taille des grains et les compositions chimiques sont spécifiées en fonction des environnements d'usure ciblés. Des formulations personnalisées sont également produites pour les types de particules uniques que l'on trouve dans les minerais, les clinkers, le charbon, etc.
Les normes industrielles permettent de qualifier les plaques d'usure en carbure de tungstène :
- La norme ISO 23344 spécifie les qualités de carbure de tungstène pour les marchés de l'exploitation minière, du traitement des minerais, de l'acier et de la pulvérisation thermique.
- La norme ASTM B777 compte plus de 50 grades de carbure de tungstène couvrant le cobalt, le nickel et les liants spéciaux.
- Le consortium américain LanCarb définit des compositions de carbure de tungstène ultra-résistantes à l'usure
Les principaux fabricants énumèrent également des familles de produits de plaques exclusives comme MB60, Durit CB500, Permabond TC420, indiquant les types de liants, les structures de grains et les additifs personnalisés.
Facteurs de conception des pièces d'usure en carbure de tungstène
Les considérations liées à l'application pour la conception des plaques d'usure en carbure de tungstène sont les suivantes :
| Paramètres | Choix de conception et recommandations |
|---|---|
| Dureté de la surface | - Dureté entre 86 et 92 HRA selon les types de particules - Dureté plus élevée pour les charges abrasives fines |
| Taille des grains de carbure | - Grains plus petits 2-8 μm pour les particules érosives fines. - Grains plus gros de 12-30 μm pour l'impact et l'abrasion grossière. |
| Pourcentage de liant | - Liant à base de nickel ou de cobalt pour la ténacité - Liant plus faible pour une performance d'usure maximale |
| Dimensions de la plaque | - Des plaques plus larges pour minimiser les joints - Longueurs optimales pour faciliter la fixation |
| Épaisseur de la plaque et fixation | - Des plaques plus épaisses permettent de réduire le nombre de remplacements - Fixer les supports de soulagement de la tension pour éviter les fissures |
Avec des propriétés de plaques d'usure personnalisées adaptées à la dureté du minerai, à la forme des particules, au taux d'alimentation, à la température et à d'autres spécificités, il est possible d'améliorer la durée de vie de 300-500% par rapport à l'acier ordinaire.
Fournisseurs mondiaux de pièces d'usure en carbure de tungstène
Les principaux vendeurs internationaux de produits d'usure en carbure de tungstène sont les suivants
| Entreprise | Siège | Produits |
|---|---|---|
| Kennametal | ÉTATS-UNIS | Plaques d'usure, carreaux et briques en carbure de tungstène sur mesure |
| Élément six | Irlande | Nuances de carbure de tungstène pour boues abrasives |
| Sandvik | Suède | Revêtements et carreaux en carbure de tungstène céramique |
| Métalogénie | Espagne | Plaques de carbure de tungstène fondues sur l'acier |
| Minéraux de Chine | Chine | Plaques d'usure en carbure de tungstène pressé |
| Plansee | Autriche | Plaques de liaison en carbure de tungstène pur et en nickel |
Les deux sociétés minières mondiales telles que Rio Tinto et BHP font appel à ces producteurs pour la protection contre l'usure sur les sites de traitement des minerais. Les acteurs régionaux présents sur des marchés tels que l'Inde, la Chine et le Moyen-Orient complètent les fournisseurs internationaux de marque.
Outre les pièces d'usure finies, les entreprises spécialisées dans les produits en carbure de tungstène fournissent également des ébauches de plaques pressées semi-finies, des liants et des mélanges de grains exclusifs aux plateaux et aux ateliers de fabrication pour des solutions d'usure personnalisées.
FAQ
Quels sont les différents types de plaques d'usure en carbure de tungstène disponibles ?
- Les principales catégories de produits sont les plaques pressées multicouches à dureté uniforme et les couches fusionnées sur l'acier avec des propriétés directionnelles. Les compositions sont adaptées en fonction de la taille des carbures, des pourcentages de cobalt/nickel, etc.
Quels sont les procédés de soudage qui permettent de fixer les plaques d'usure en carbure de tungstène sur les équipements ?
- Des soudures spéciales en alliage de nickel, un rechargement PTA et des soudures par faisceau d'électrons garantissent une fixation adaptée aux vibrations élevées. Le boulonnage mécanique est préférable pour faciliter le remplacement.
Comment choisir entre le carbure de tungstène et la céramique pour la protection contre l'usure ?
- Le carbure de tungstène prévaut pour les environnements dominés par l'abrasion à forte contrainte, en raison de sa résistance à la rupture. Les céramiques techniques conviennent aux applications d'érosion et de corrosion modérées nécessitant une tolérance à la chaleur.
Quelle épaisseur de plaque doit être utilisée pour les recouvrements de plaques d'usure ?
- Pour les grues, les excavateurs et les structures plus légères, l'acier de 8 à 12 mm est suffisant pour les dépôts plats sans pieds de support. Pour les goulottes, les trémies et les pousses qui subissent des impacts, l'acier de 20-25 mm avec des nervures supporte mieux les charges.
Qu'est-ce qui détermine la durée de vie des produits d'usure en carbure de tungstène ?
- Les coûts du cycle de vie impliquent des taux d'usure qui déterminent l'épaisseur de la plaque nécessaire. Cela dépend des types de particules, des vitesses, des taux d'avance et des angles. Les programmes d'entretien pour l'inspection et le serrage des boulons affectent également la durabilité.
Comment les pièces d'usure en carbure de tungstène sont-elles remises à neuf ou réparées après service ?
- L'érosion mineure peut être corrigée par l'accumulation de métal et l'usinage. Pour l'usure de sections plus épaisses, le dépôt d'un nouveau revêtement renouvelle les dimensions. Les pièces complètement usées doivent être remplacées par de nouveaux panneaux en tôle emboutie.
