DE QUELLE MATIERE EST FAITE UNE PLAQUETTE DITE "CARBURE

[fof966]

Bonjour,

Je voudrais savoir de quelles matiéres sont faites les plaquettes dites "carbure"?
Et comment sont-elles fabriquées?

Merci d'avance pour vos réponses

Bon dimanche

fof966

 

[Maxou]

Bonjour
De mon temps elles etaient en métal fritté
à base de tungstene bien sûr, le cobalt servant de liant entre tous les composants moulées sous pression et là revetues!
je ne pense pas qu'elles venaient de Belgique!
Max

 

[grenouille32]

Attention, cette matière est en fait la combinaison de plusieurs carbures, de tungstène, principalement, avec du cobalt comme liant.
Ces diverses matières sont mélangées, comme lorsque l'on fait de la pâtisserie
Puis le mélange est mis dans un moule et soumis à une très forte pression.
On peut alors, si besoin est, usiner la pièce.
Celle-ci est ensuite "cuite" à une température d'environ 1200°C.
Après refroidissement, elle pourra subir des usinages de finition, tels que meulage, polissage, etc.
Enfin les revêtements, tels que TiN, TiAlN, Ti AlCN, etc pourront être appliqués.
Bon dimanche

 

[wintereivax]

Enfin les revêtements, tels que TiN, TiAlN, Ti AlCN, etc pourront être appliqués.

Juste pour savoir, ça sert vraiment à quelque chose (à part pour la couleur) ces revêtement en usage "particulier". J'ai tenté de voir la différence une fois que j'avais 2 jeux de forets, type jumbo, un en HSS l'autre en TiN (jaune-doré), ben j'ai pas trop vu de différence...

Effet de marketing, ou différence sensible dès qu'on atteint le 10'000 trous ?

A+

Xavier

 

[Pierreg60]

Une petite vidéo
http://www.youtube.com/watch?v=ulBBwnkD8hw

 

[didou]

Ca sent la demande de renseignements pour un sujet scolaire

 

[Dodore]

bonjour
le revêtement de surface est plus dur que le carbure qui est à inter, c' est une couche qui est posée ( par quel moyen? )
quand un métal est dur :il casse:
quand il est tendre il est plus résistant aux chocs
ce qui donne une pastille qui résiste relativement aux chocs mais qui résiste, aussi, mieux à l'usure
de ce fait c'est, la panacée, tendre et dur
j'ai entendu dire que le carbure inter était en fait du carbure de récupération puisque on lui demande moins de contraintes qu'un carbure non revêtu
c'est un peu le même résultat que la cémentation
il y a aussi quelques revêtements qui améliorent le glissement du copeaux
ce revêtement qui est déposé réduit l'acuité de l'arête, la couche qui est déposée ressemble un peu, à une couche de peinture, elle arrondi les angles ( la comparaison s'arrête là)

 

[grenouille32]

Il est vrai que le revêtement sera surtout utile en milieu industriel, donc travail en série.
Il faut savoir que le choix du revêtement dépend de la matière à usiner.
Pour le glissement du copeau sur la plaquette, c'est plutôt un polissage miroir de l'arête de coupe qui repoussera la limite de formation de l'arête rapportée.
Le fait est que le revêtement aura pour effet d'arrondir l'arête de coupe.
Pour certaines matières, c'est pas le top !
L'épaisseur du revêtement peut aller jusqu'à quelques microns, voire 1 centième de mm.
Il se fait en général comme suit ;
On met les pièces à revêtir dans une chambre hermétiquement close.
On fait le vide dans la chambre.
On vaporise la matière du revêtement, qui va alors se déposer sur les pièces.

La même technique est employée pour déposer une fine couche d'aluminium à l'intérieur des ampoules, celles que l'on appelle des spots.
Elle s'emploie couramment pour revêtir des maillons de bracelets de montre.
Abréviation : PVD Physical Vapour Deposition

 

[nailleune]

Bonjour.

Je travaille dans ce milieu, et je vais tenter de décrire ce qu'est le carbure de tungstène (abréviation courante: CW).

Sujet édité et completé le 27/12

Préambule:

Le CW, c'est du tungstène métal en poudre qui a été carburé, c'est à dire enrichi en carbone. Par abus de langage, on appelle aussi CW l'alliage CW / liant metallique qui résulte de la mise en œuvre de ce CW dans les procédés de metallurgie des poudres.
Une terminologie convenable constituerait à parler de carbure cémenté, ou bien de carbure métallique.

Un peu d'histoire:

Le premier carbure de tungstène a été commercialisé en 1927 par Krupp sous le nom Widia-N, ce qui veut dire quelque chose comme « presque du diamant » en référence à sa dureté. Aujourd'hui, dans de nombreux pays encore, on parle de Widia pour désigner le CW.

Variété:

On va distinguer 2 grandes familles dans les carbures métalliques industriels utilisés pour fabriquer des plaquettes:
Les CW, ou la phase dure est composée de carbure de tungstène, et les cermet, dont la phase dure est composée de carbure de titane.
Ils se différencient surtout par leur densité. 13 à 16 pour le CW, et autour de 6,5 pour les cermet. L'intérêt principal des cermet réside dans leur faible densité et leur résistance à la température (jusqu'à 700° sans oxydation).

Formulation et procédé de fabrication:

Les caractéristiques finales d'un CW sont principalement liées à 3 facteurs:
La taille des grains de phase dure
La nature du liant métallique (Cobalt, nickel, ou bien mélange des deux)
Le pourcentage en poids du liant métallique

Lors de la formulation, la première étape consiste à peser les différents constituants, qui sont en poudre.

Phase dure (CW)
Liant métallique (Cobalt & / ou nickel)
carbone
liant organique, lié au process (Paraffine)
éléments d'addition liés au process (autres carbures métalliques)

Ensuite, ces ingrédients sont versés dans des broyeurs, en présence d'un liquide qui s'évapore bien (Acétone, alcool, solvant...) et qui est choisi par le fabriquant.
Le broyeur se présente généralement sous la forme d'une bétonnière ou d'un pétrin, et on ajoute aussi une quantité équivalente à la « soupe » de billes ou de petits cylindres en CW, qui vont appliquer sur la soupe l'énergie apportée par la rotation des bras ou de la cuve.
Le broyage sert à homogénéiser la répartition et la taille des constituants.

Après retrait des agents broyant (les billes ou les petits cylindres), la soupe est pompée et injectée dans la buse d'un atomiseur.
Cet atomiseur est un gros cylindre vertical à l'intérieur duquel circule un flux montant de gaz neutre (Ar ou N2) chauffé.
Sous l'effet de la chaleur du gaz, se solvant contenu dans les goutes de soupe produites par la buse va s'évaporer et les goutes vont se transformer en petites billes.
Ces billes sont poreuse, et sont en fait constituées de grains de métaux différents collés entre eux par le liant organique (la paraffine) et leur taille est de l'ordre de 0,2mm, le plus régulier possible. La densité de la poudre est d'environ 3 à 3,5.

A chaque type d'utilisation, va correspondre une formulation, donc une poudre spécifique.

Mise en forme:

Pour donner une forme à cette poudre, il faut l'agglomérer, par compression. Les plaquettes sont pressées mécaniquement, avec des presses mécaniques ou hydrauliques. L'empreinte laissée dans un outillage est remplie de poudre puis un poinçon vient appuyer dessus avec une cinématique appropriée. La forme inférieure de la plaquette est donnée par le poinçon inférieur, la forme extérieure est donnée par la matrice, et enfin la forme supérieure y compris le brise copeau est donnée par le poinçon supérieur. Si un trou est nécessaire, une broche est positionnée à l'intérieur pour libérer l'alésage.
La force nécessaire à cette opération est de l'ordre de 1,5 à 2 tonnes par Cm². La pièce comprimée a une densité de l'ordre de 7 et sa consistance ressemble à celle de la craie. Elle est encore composée pour moitié de porosités remplies d'air.

Un autre procédé, pour comprimer des pièces plus grosses, constitue à placer la poudre dans un « sac » étanche, immerger le tout dans l'eau et appliquer une pression de 2000 bars à l'eau, ce qui aura pour effet de comprimer la poudre. Après cette étape, une opération d'usinage à cru peut être nécessaire. Elle se fait sur un tour ou une fraiseuse équipée de plaquettes diamant pour résister à l'abrasion.

Quelle est l’utilité du liant organique ??
Comme la poudre de métal est très fine, la mise en présence d’air se traduit par une oxydation très rapide. Ce liant organique agit donc premièrement comme un verni, qui protège la poudre de l’air.
Il permet aussi aux grains de poudre de tenir agglomérés en billes lors de l’évaporation du solvant.
Enfin, il permet à la pièce comprimée de se tenir, et il assure la lubrification pendant l’opération de pressage .
Après l’opération de pressage, le liant organique n’a plus d’utilité, c’est pourquoi il faut le retirer.

Le frittage :


La définition suivante a été proposée lors d’une série de conférences prononcées en 1968 à l’Institut de Céramique française et à l’École Nationale Supérieure de Céramique Industrielle de Sèvres :
Le frittage est la consolidation par action de la chaleur d’un agglomérat granulaire plus ou moins compact, avec ou sans fusion d’un ou de plusieurs de ses constituants.

Dans la pratique, les pièces crues sont placées dans un four sur des supports en graphite.
La chauffe de ces fours est assurée électriquement, à l’aide de résistances en graphite.

L’enceinte du four est premièrement mise sous vide pour en maitriser l’environnement.
Ensuite, l'atmosphère est créée (gaz et pression) de façon à retirer le liant organique par évaporation et / ou crackage chimique. Cette opération se fait soit sous gaz neutre, soit sous hydrogène selon la composition du liant organique.

Généralement, la durée de l’opération de déliantage est proportionnelle à la taille de la plus grosse pièce qui est dans le four (de 3 à 72 heures) . Elle se faite entre la T° ambiante et 450°C. le reste du process va prendre une quinzaine d’heures, et un four va accepter de quelques KG à environ trois tonnes selon sa taille.

Après 450°C , le four est mis sous vide et la T° augmente. Pendant cette phase, les différents oxydes invariablement présents dans la poudre sont réduits chimiquement par combinaison avec le carbone qui a été ajouté lors de l’élaboration du mélange.
Dans le cas ou la proportion de carbone soit trop faible, les oxydes se combineraient avec le carbone du CW, ce qui provoquerait une décarburation de l’alliage.
Dans le cas ou la proportion de carbone soit trop forte, alors il n’est pas entièrement consommé, et il va se retrouver sous forme de précipités dans l’alliage final. L’un comme l’autre de ces défauts altère grandement les caractéristiques finales du CW.
Autour de 1325°C, le cobalt en présence de CW et de carbone commence à fondre.
A ce moment, les grains de poudre agglomérés se comportent grossièrement comme des gouttes de liquide pâteux qui, par l’effet de la tension superficielle, vont s’attirer les unes les autres. C’est à ce moment que se fait le retrait. En une dizaine de degrés, les pièces vont perdre la moitié de leur volume par l’effet de la disparition de porosités. Cela se traduit par une réduction linéaire d’environ 20% des dimensions.
La T° de frittage courante se situe généralement entre 1360°C et 1550°C. Les grains les plus fins sont dissouts en priorité. A cette étape, deux méthodes sont possibles :
Pour des grades qui contiennent un fort % de cobalt et dont les grains de CW ne sont pas trop fins, on effectue tout le frittage sous vide. La tension superficielle suffit à éliminer l’intégralité des porosités.
Pour les grades dont le % de cobalt est faible, avec des grains de CW très fins, alors il peut être nécessaire d’appliquer une pression d’environ 30 à 100 bars d’argon à la T° de frittage pour effectuer une compression isostatique à chaud complémentaire (procédé SinterHip) de façon à garantir l’absence totale de porosités pour ces grades qui frittent mal. Cette technique réclame des équipements extrêmement chers à l’achat et à l’utilisation.

De plus, lorsqu’il fond, le cobalt a la faculté de dissoudre le CW. Plus la T° va augmenter, plus la proportion de phase liquide va augmenter, et plus la quantité de CW dissout dans le Cobalt va augmenter. Après que le temps de maintien à la t° de frittage (environ une Heure) soit écoulé, le refroidissement commence. Durant cette phase, le CW dissout dans le cobalt est rendu et se cristallise en choisissant en priorité de cristalliser sur les grains les plus gros qui subsistent.
Le durcissement est effectif autour de 1320°.
Le CW n’est pas sensible à la vitesse de refroidissement, c'est-à-dire qu’il ne se trempe pas. Néanmoins, il est sensible aux chocs thermiques qui peuvent le faire casser.
Dés qu’il a été fritté, le CW a ses caractéristiques finales.

Les défauts, le bon et le mauvais CW

Après frittage, le CW est un matériau isotrope. Sa structure se doit d’être parfaitement homogène.
Si du fait d’une mauvaise formulation du grade ou bien d’un frittage mal mené, la quantité de carbone est trop faible, la pièce présente des aiguilles de matériau décarburé. Dans le cas d’un excédent de carbone, on va observer des précipités de graphite.
Dans le cas des porosités, on va voir de petites « bulles » dans la matière.
Ces défaut se traduisent par présence de discontinuité de structure, et vont créer des amorces de rupture.
Si il y a dans la poudre des grains de CW hétérogène, les fins vont être dissouts, et vont recristalliser sur les gros, qui vont donc encore grossir. A nouveau, ces trés gros grains vont provoquer des discontinuités et des risques de rupture.
Les mesures qui vont permettre de déterminer si le matériau est bon sont liées aux caractéristiques magnétiques du matériau (rémanence), la dureté et la densité.
Il va y avoir la même différence entre un CW bas de gamme et un CW tel que nous le fabriquons que ce qu’on va observer entre la fonte utilisée pour fabriquer des corps de perceuse à colonne chinoise de supermarché et celle utilisée pour le banc d’un cazeneuve….

Les différences entre grade, guide de choix :

Il existe quelques règles simples.
Le % de liant métallique va être compris entre 2 et 30% en poids
La taille de grain de CW va être comprise entre 0,5µ et 5µ
La dureté des CW se mesure en vikers HV30 / HV50 ou en HRA.
Le CW le moins dur est sensiblement aussi dur que le plus dur des aciers, soit 800 HV
Le plus dur des CW va monter autour de 2100 HV
Plus il est dur, plus il est sensible aux chocs.
La dureté augmente quand la taille des grains de CW diminue
La dureté augmente quand le % de liant métallique diminue
Donc : Pour un CW dur, on prendra un faible % et des grains fins, ce qui se traduira par une très bonne acuité d'arête, une très bonne résistance à l’usure, une faible tenue au choc. Application de coupe par exemple
Pour un CW résistant aux chocs, donc moins dur, on va choisir une % de liant métallique élevé et des gros grains de CW. Dans ce cas, on pourra l’utiliser pour faire des embouts de foret à béton, des outillages de forgeage, des galets de laminage, des dents pour les travaux publics.
Un fort % de cobalt avec des grains fins donnera un bon compromis entre résistance à l’usure et ténacité.
Le module de Young du CW est plus de deux fois plus élevée que celui de l’acier
Il est le matériau qui a la plus forte résistance à la compression.
Dans les mêmes conditions d’utilisation, le coefficient de frottement du CW sur l’acier est 2 fois plus faible qu’acier sur acier, et il est encore divisé par deux si on fait frotter CW sur CW.
Un liant nickel apportera des caractéristiques anti-corrosions
Le CW peut être utilisé jusqu’à 600° dans l’air, et les cermets jusqu’à 700°
Il est très difficile de créer un état de surface grossier sur du CW, mais plutôt facile de le polir.
Le coefficient de dilatation thermique du CW est deux fois plus faible que celui de l’acier

Applications, avantages.

En général, on considère que le CW est 2 à 5 fois plus cher que l’acier et va tenir 5 à 10 fois plus longtemps.
Il est utilisé pour la coupe des métaux et le perçage du béton. Ce sont là les deux exemples les plus connus. Néanmoins, il peut convenir dans pratiquement toutes les applications. Certains grades sont approuvés FDA pour l’utilisation dans l’industrie agro-alimentaire, tel que les pistons qui permettent de monter le lait sous haute pression dans l’opération qui évite ensuite à la crème de remonter à la surface.
Des pièces en CW sont dans des pompes à eau, des réacteurs d’avion, des serrures, des injecteurs automobiles, des hélicoptères, et pratiquement tous les secteurs de l’industrie ou il est recherché de la résistance à l’usure. Les couches culotte sont découpées avec des couteaux rotatifs en CW. Les croquettes pour chien aussi.
De par sa mise en œuvre, le CW se prete mal aux design qui ont été élaborés pour des pièces en acier. Il est souvent rentable de prévoir une petite reconception de la pièce lors de son passage au CW.
L’application est prioritairement destinée aux petites à grandes séries, soit de quelques dizaines de pièces à plusieurs millions. C’est plus difficile pour de la pièce unitaire, mais absolument pas impossible
Les dimensions vont de quelques mm et quelques grammes jusqu’à ½ mètre et une centaine de KG.
Les clients vont de l’artisan et de la PME à la multinationale.

Pour répondre aux lignes que j’ai pu lire plus haut :

En effet, le revêtement est appliqué par le procédé PCD (physical vapor deposition) mais aussi par le procédé CVD (chemical vapor deposition). Il a pour objectif d’améliorer :
La dureté superficielle
Le coefficient de frottement
La résistance à la température
Etc

Les arêtes de coupes ne sont pas arrondies par le revêtement, mais par une opération spécifique par sablage ou l’utilisation de brosses abrasives. Sans ce mouchage, la tenue à la coupe est bien plus faible.

Un revêtement bien choisi offre une alternative trés efficace au poli miroir de la face de coupe.

Je ne sais pas quel sont les habitudes des carburiers bas de gamme, mais les ténors du marché ne mettent pas de la « récup bas de gamme» dans les corps des plaquettes revêtues, bien au contraire. En effet, la résistance à la compression est capitale, mais aussi l’accrochage du revêtement. D’autre part, le recyclage des CW fait appel à des procédés chimiques complexes qui offrent des matières premières qui sont d’une qualité pratiquement équivalentes aux nobles.

Si à la lecture de ces lignes vous pensez avoir un besoin industriel de ce matériau, je vous laisse le soin de me contacter par MP pour que nous trouvions une solution à votre problème.

Nailleune Voir la pièce jointe understanding CW fr.pdf Un document trés bien fait sur les caracteristiques du CW

 

[grenouille32]

Salut Nailleune,
Merci pour tes explications claires et détaillées.
Meilleures voeux pour 2010.
La Grenouille

 

[wintereivax]

Il est vrai que le revêtement sera surtout utile en milieu industriel, donc travail en série.
Il faut savoir que le choix du revêtement dépend de la matière à usiner.

[...]

La même technique est employée pour déposer une fine couche d'aluminium à l'intérieur des ampoules, celles que l'on appelle des spots.
Elle s'emploie couramment pour revêtir des maillons de bracelets de montre.
Abréviation : PVD Physical Vapour Deposition

hello,

Merci pour la réponse. Le PVD, je l'avais croisé pendant mes cours et aussi en pratique. J'en ai fait quelques unes durant mes étude, dans un domaine totalement autres : des micro-électrodes en Ti-Pt. Ce qui m'avait le plus marqué, c'etait le prix du procédé. Il doivent en mettre tout plein des plaquettes dans le four...

 

[mig45]

Bonjour
merci nailleune, on attend la suite avec impatience
cordialement

 

[grenouille32]

Effectivement la chambre de traitement est remplie au maximum.
Ce traitement PVD tend maintenant à s'appliquer pour des pièces telles que maillons de bracelets et boîtes de montres, dans un but décoratif principalement.

 

[fof966]

Bonjour et bonne fête à tous,

Merci pour vos expliquation.

Paasez de joyeuses fêtes de fin d'années.

fof966

 

[nailleune]

Bonjour.

j'ai completé et corrigé la réponse que j'avais fait plus haut. (1er CW en 27 et non 36)
Je profite de ce poste pour ajouter ce lien vers le site Atousante:
http://www.atousante.com/annexes/actual ... ancerogene
Il est consacré aux risques associés au cobalt et au CW.
Protégez-vous quand vous affutez vos outils!!![/color]

Et bien sur: Passez de bonnes fêtes!!!

A+

nailleune