Le carbure cémenté (métal dur) est un terme général pour les alliages composés de carbures, nitrures, borures ou siliciures de métaux à haut point de fusion (W, Mo, Ti, V, Ta, etc.). Divisé en deux grandes catégories de coulée et de frittage. L'alliage coulé a une fragilité élevée et une faible ténacité, et a peu de valeur d'application pratique. Les alliages frittés sont largement utilisés, qui sont généralement frittés à partir de carbure de tungstène ou de carbure de titane et de poudre de cobalt et ont une dureté, une résistance à l'usure et une dureté à chaud élevées. Principalement utilisé pour fabriquer la découpe et le traitement à grande vitesse de matériaux durs, ces dernières années, l'utilisation de carbure dans l'industrie du moule est également en augmentation, il est donc d'une importance pratique de discuter et d'étudier le traitement thermique des alliages durs.

1. Caractéristiques du carbure cimenté

Le carbure est fabriqué par la méthode de la métallurgie des poudres à partir du composé dur métallique réfractaire et de la phase de liaison du métal. Les composés durs couramment utilisés sont les carbures. En tant qu'alliage dur pour les outils de coupe, couramment utilisé WC, TiC, TaC, NbC, etc., le liant est Co, et la résistance du carbure cémenté dépend principalement de la teneur en Co. Parce que le carbure dans le carbure cémenté a un point de fusion élevé (tel qu'un point de fusion de 3140 ° C de Ti C), une dureté élevée (telle qu'une dureté de 3200 HV de TiC), une bonne stabilité chimique, et une bonne stabilité thermique, la dureté et la résistance à l'usure ceux-ci sont élevés. Le sexe et la stabilité chimique sont beaucoup plus élevés que les aciers à outils à grande vitesse.
La phase dure de carbure cémenté couramment utilisée est principalement le WC, qui a une bonne résistance à l'usure. Bien que certains carbures aient une dureté similaire à celle des WC, ils n'ont pas la même résistance à l'usure. Le WC a une limite d'élasticité plus élevée (6000 MPa), il est donc plus résistant à la déformation plastique. La conductivité thermique du WC est également bonne, et la conductivité thermique est un indice de performance important de l'outillage. WC a un coefficient de dilatation thermique inférieur, environ 1/3 de celui de l'acier; son module d'élasticité est 3 fois supérieur à celui de l'acier et sa résistance à la compression est également supérieure à celle de l'acier. De plus, le WC présente une bonne résistance à la corrosion et à l'oxydation à température ambiante, une bonne résistance électrique et une résistance à la flexion élevée.

Traitement thermique des produits en carbure de tungstène 1

Fig.1 Le diagramme de quasi-équilibre de l'alliage WC-Co

2. Traitement thermique et organisation des alliages

Il a été étudié sur les phases de collage des alliages WC-Co avec différents rapports C / W de 5% à 35% WC. Les conclusions sont tirées comme suit: des phases γ ou (γ + WC) sont générées dans l'alliage à refroidissement lent; Lorsqu'il y a (γ + η) des phases apparaissent. Cependant, comme la phase (γ + η) est instable, la phase (γ + η) se transformera en une phase stable (γ + WC) après recuit. Selon les résultats du test, le diagramme de phase de quasi-équilibre montré sur la figure 1 est tracé (la ligne continue est le diagramme de phase du système stable, et la ligne pointillée est le diagramme de phase local illustrant les caractéristiques η du quasi-stable phase).
Le recuit (refroidissement lent) du carbure cémenté typique dépend principalement de la teneur en carbone: lorsque C / W> 1, le carbone libre précipite sur la frontière de phase WC-Co; lorsque le C / W <1, la microstructure de l'alliage a Dans les deux cas: On est dans la région triphasée (WC + γ + η). Il est inévitable que la phase η apparaisse après que l'alliage a été lentement refroidi. Si une telle quantité de phase η existe dans la phase cimentaire, des grains cristallins ramifiés apparaissent et les petits grains sont inégalement répartis; s'il y a un gros grain de phase η, les grains sont séparés par une longue distance, donc il y a des informations que la phase η est Des températures plus élevées ont commencé à se former.
Dans l'autre cas, lorsque l'alliage est dans la région biphasée (WC + γ), l'alliage W sera précipité sous forme de Co3W à partir de la phase de liaison après le recuit de l'alliage à faible teneur en carbone. Le processus de réaction peut être exprimé par la formule suivante. Co cubique à face centrée → Co cubique à face centrée + Co3W Par conséquent, cet alliage WC-Co biphasé à faible teneur en carbone sera transformé en une structure triphasée (WC + γ + CoW) après recuit. La figure 2 montre les courbes de dissolution de W pour les alliages WC-Co biphasés à différentes températures de recuit. La courbe est la courbe de température critique pour les alliages à deux phases transformés en alliages à trois phases (WC + γ + CoW): au-dessus de la température de la courbe, le recuit donne un alliage à microstructure à deux phases; le recuit à des températures inférieures à la courbe donne une structure triphasique contenant du Co3W.

3. Effet du processus de traitement thermique sur les propriétés mécaniques de l'alliage de dureté

(1) Effet sur la résistance Étant donné que le WC a une solubilité solide différente à différentes températures dans Co, il offre la possibilité d'un durcissement par précipitation de la phase liante par trempe à température de la solution solide et vieillissement ultérieur. La trempe peut inhiber la précipitation des WC et la transition d'homotropie du Co (Co dense hexagonal, Co face centrée cubique). Il a été signalé que la résistance de l'alliage contenant du cobalt 40% peut être augmentée d'environ 10% après trempe, mais la résistance de l'alliage contenant du cobalt 10% est réduite après trempe. Étant donné que la quantité de cobalt contenue dans les carbures cémentés couramment utilisée en ingénierie est généralement de 10% à 37%, l'effet du traitement thermique sur la résistance de l'alliage est très faible. Quelqu'un a donc osé affirmer que la trempe n'est pas un moyen d'augmenter la résistance des alliages W-Co. Le recuit provoque également une diminution de la résistance de l'alliage, comme le montrent les tableaux 1 et 3. Les propriétés du carbure de tungstène varient avec la quantité de Co contenue et l'épaisseur des grains, comme le montre la figure 4.

Traitement thermique des produits en carbure de tungstène 2

Fig.2 La courbe de solubilité solide du tungstène dans l'alliage biphasé WC-10%Co

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Fig.3 Effet du recuit à 800 ° C sur la résistance à la flexion du contenu WC-10%Co

Tableau 2 Processus de traitement thermique typique de l'alliage dur

Traitement thermique des produits en carbure de tungstène 4

Figure 4 Les propriétés du carbure cémenté WC varient avec la quantité de Co et la taille des grains

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Fig.5 Relation entre la dureté et le temps de vieillissement de la phase de liant d'alliage WC-Co

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Fig.6 Relation entre la dureté et le temps de vieillissement de l'alliage WC-Co

4. Revêtement en alliage dur

Afin d'améliorer encore la résistance à l'usure de l'alliage dur, un matériau dur tel que TiC ou TiN peut être déposé en phase vapeur sur sa surface. Le matériau de revêtement doit répondre aux exigences suivantes:
1 Il doit avoir une dureté élevée à basse température et à haute température.
2 a une bonne stabilité chimique.
3 devrait avoir une perméabilité et pas de trou d'air.
4 Le matériau à traiter doit avoir un faible facteur de friction.
5 Pour adhérer fermement au corps de l'outil. 6 Il est économique et facile à produire. Dans le monde d'aujourd'hui, le carbure cémenté est également le principal matériau des outils de coupe. Elle étend également sa part d'applications dans les moules, les outils de mesure et d'autres domaines.
Pour résumer, il est principalement utilisé dans les aspects suivants:
1 Tournage en coupe continue.
2 Profilage tournant avec peu de changement dans la profondeur du couteau.
3 nécessitent des véhicules intermittents de faible intensité.

4 Fraisage frontal à grande vitesse de l'acier ou de la fonte grise.

Les avantages du carbure cémenté revêtu sont nombreux et résumés comme suit:
1 Bonne polyvalence.
2 peut améliorer la précision de la surface de coupe de la pièce.
3 La vitesse de coupe est considérablement augmentée à durée de vie identique.
4 À la même vitesse de coupe, la durée de vie de l'outil peut être augmentée.
(1) Matériau de revêtement La plupart des fabricants étrangers utilisent un revêtement TiC pour les inserts revêtus, suivi d'un revêtement TiN. Le revêtement composite TiC-TiN et le revêtement en solution solide Ti (C • N) ont progressivement augmenté. Ces dernières années, de nombreux nouveaux revêtements composites ont également été développés.
Le TiC est actuellement un matériau de revêtement idéal, ses avantages sont la dureté à haute température, la haute résistance, la bonne résistance à l'oxydation et la résistance à l'usure du cratère; son inconvénient est que le coefficient de dilatation thermique et le corps est plus grand, et la résistance à l'usure latérale est médiocre. Par rapport au revêtement TiC, le revêtement TiN présente les avantages suivants: la lame revêtue a une faible tendance à former un cratère lors de la découpe, et son coefficient de dilatation thermique est proche de celui du substrat, et a une faible sensibilité aux chocs thermiques et n'est pas susceptible de former une tumeur. L'usure anti-latérale est bonne et elle est facile à déposer et à contrôler. L'inconvénient est que l'adhérence au substrat est moins solide. Le revêtement composite TiC-TiN et le revêtement en solution solide Ti (C • N) sont de nouveaux revêtements développés dans les années 1970 et qui ont été appliqués avec succès en production.
Le revêtement composite à revêtement dur a un avenir prometteur.
(2) Processus de revêtement Le processus et l'équipement pour produire des inserts de revêtement TiC au pays et à l'étranger sont similaires. La caractéristique commune est que les inserts en carbure cémenté traités sont placés dans une chambre de réaction de dépôt, puis H2 est utilisé comme support pour introduire TiCl4 et le méthane dans la chambre de réaction. Réaction de dépôt. La température de réaction est approximativement contrôlée à environ 1000 ° C. La méthode de chauffage est presque toujours le même chauffage par induction à haute fréquence, et la pression de dépôt est principalement une pression négative. Bien qu'un revêtement de bonne qualité puisse être déposé sous pression normale, l'utilisation d'un dépôt sous pression négative est plus efficace et le revêtement est plus uniforme et dense. Surtout lorsque le nombre de lames de dépôt est important, les avantages de l'utilisation d'un dépôt à pression négative sont particulièrement importants.
(3) Épaisseur du revêtement L'épaisseur du revêtement TiC est généralement de 5 à 8 μm pour les inserts de revêtement produits au pays et à l'étranger. L'épaisseur du revêtement TiN est de l'ordre de 8 à 12 μm. (4) Les performances de revêtement de la matrice de revêtement sont grandement affectées par la composition de la matrice, la matrice de la lame revêtue doit répondre aux exigences suivantes: 1 a une bonne ténacité et une bonne résistance à la déformation plastique. 2 a une dureté élevée. 3 Sa composition chimique doit correspondre au matériau de revêtement et l'adhésion mutuelle doit être ferme. 4 n'est pas endommagé à des températures de dépôt élevées. 5 Le coefficient de dilatation est similaire à celui du matériau de revêtement. 6 a une bonne conductivité thermique. Lors de l'usinage de matériaux en acier, les alliages WiC-TC-Co ou WC-TiC-TaC-Co doivent être sélectionnés; lors de l'usinage de la fonte ou des métaux non ferreux, les alliages WC-Co doivent être sélectionnés. Différents matériaux de traitement, les exigences de la matrice d'alliage de revêtement sont également différentes, ce qui signifie que le revêtement doit également être personnalisé, tout processus de traitement thermique n'est pas une panacée, tant que dans les conditions spécifiques pour maximiser leur efficacité.

5. Application de carbure cimenté dans la production d'outils et de matrices

(1) Dans le domaine des outils de coupe, le carbure cémenté conserve d'excellentes performances de coupe même à des températures élevées de 800 à 1000 ° C. Il convient à une coupe rapide à des températures élevées et a une signification pratique pour améliorer l'efficacité économique. Il remplace donc progressivement les aciers à outils à grande vitesse. Faites des outils. En 2017, il a été largement utilisé non seulement dans les tours, les raboteuses, les couteaux à aléser, les fraises à trois lames, les fraises et les fraises en bout, mais aussi dans la promotion continue de la fabrication intelligente et industrielle 4.0. Plus large, tourné vers l'avenir Le matériau des outils est sans aucun doute le monde des alliages durs.
(2) Dans le domaine des moules, différents types de filières de tréfilage et de filières de tréfilage sont essentiellement constitués de carbure cémenté. La matrice progressive pour la fabrication de dents de fermeture à glissière utilise des alliages durs YG8 et YG15 pour fabriquer des matrices d'étirage de grand diamètre et des matrices dures YG20C. Alliages pour matrice progressive multi-positions. Le mode non magnétique est généralement constitué de carbure cémenté YG15 et YG20. La durée de vie de la matrice de tréfilage implantée aux ions azote YG8 est plus que doublée. En bref, l'application de carbure cémenté dans des moules devient de plus en plus courante. Il est également utilisé dans les industries de l'instrumentation et d'autres outils et ne sera pas décrit en détail.

6. Conclusion

Après le traitement thermique approprié de l'alliage dur, bien qu'il puisse améliorer un peu la dureté, mais en tenant compte du temps de traitement thermique plus long et préjudiciable à la résistance à la flexion, le traitement thermique doit donc avoir un certain degré de spécificité. Le revêtement de surface renforce la nouvelle voie d'utilisation du carbure cémenté, et le substrat, le matériau, le processus et l'épaisseur du revêtement doivent également être individualisés.

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