Carbure dans l'outil et la matrice

Avec de nombreuses combinaisons possibles de teneur en liant métallique et de granulométrie, les carbures sont utilisés dans une gamme d’applications.

Le mot carbure décrit généralement un groupe de matériaux caractérisés par une dureté et des propriétés métalliques élevées. Les premiers carbures, développés en 1921, étaient extrêmement simples et utilisés principalement en tournage. Un brillant métallique et une conductivité électrique et thermique relativement bonne distinguent ces matériaux de manière décisive des matériaux durs non métalliques qui étaient utilisés comme matériaux abrasifs bien avant l'introduction des carbures.

Le carbure est un matériau métallurgique des poudres (PM) à deux phases composé d'une phase de matériau dur et d'une phase métallique liante. Le matériau dur offre la résistance à l’usure nécessaire et le liant métallique garantit une ténacité appropriée. Grâce à leurs nombreuses combinaisons possibles de teneur en liant métallique et de granulométrie, les carbures sont utilisés dans de nombreuses applications (voirimage en haut).

Les carbures les plus couramment utilisés dans l’industrie des outils et matrices sont constitués de carbure de tungstène (matériau dur) et de cobalt (métal liant).

Pour sélectionner la nuance appropriée pour une application d'outils et de matrices, il est important d'avoir une connaissance détaillée du carbure et de la manière dont ses propriétés peuvent être influencées. Il existe deux possibilités principales :

À mesure que la taille moyenne des grains diminue, le carbure devient plus dur, plus résistant à l’usure et plus cassant. À mesure que la taille moyenne des grains devient plus grossière, le matériau devient plus mou et plus résistant.

Une teneur plus élevée en liant rend la nuance plus douce et plus résistante, tandis qu'une teneur plus faible en liant la rend plus dure, plus résistante à l'usure et cassante (voirFigure 1).

Une autre façon d'influencer les propriétés consiste à utiliser d'autres composants d'alliage tels que le carbure de chrome (CrC), le carbure de vanadium (VC), le carbure de titane (TiC) et le carbure de tantale (TaC), également appelés phases g. Ces composants d'alliage sont utilisés en quantités minimales, également appelées dopage, et améliorent des propriétés telles que la résistance à la corrosion, la ténacité et la résistance à haute température, ou peuvent agir comme inhibiteurs de croissance des grains pendant le frittage.

En raison de la fragilité et de la dureté, l'homogénéité du matériau est extrêmement importante en termes de résistance à la rupture transversale du matériau et d'usure homogène (voirFigure 2).

Plusieurs autres propriétés sont essentielles au carbure lorsqu’il est utilisé pour les outils et matrices :

Plusieurs nuances ont été comparées dans une opération de découpage d'acier inoxydable de 0,065 pouce d'épaisseur à l'aide d'un poinçon d'usinage par électroérosion (EDM) à fil.

Figure 1Cliquez sur l'image pour l'agrandir La granulométrie moyenne et la teneur en cobalt ont un effet sur plusieurs caractéristiques du carbure.

Le premier grade sélectionné était un submicronique de 15 pour cent. Cela montrait un écaillage de retrait après 500 hits (voirFigure 4 ). Une analyse approfondie a montré qu'une qualité de surface insuffisante ainsi que la corrosion provoquaient des éraflures le long de l'arête de coupe. Le poinçon s'est ébréché lors du retrait et a été détruit.

La deuxième qualité était constituée de 15 pour cent de céréales secondaires. Ce matériau présentait une usure excessive après 5 000 coups (voirFigure 5).

La troisième qualité était un grain moyen résistant à la corrosion à 12 pour cent. Grâce à sa résistance à la corrosion et à sa qualité de surface, la durée de vie de la matrice d'emboutissage était de 50 000 coups. Avec des améliorations de lubrification, il a duré 80 000 coups (voirFigure 6).

Les grains submicroniques à 15 pour cent et les grains moyens à 12 pour cent avaient une dureté similaire, mais la qualité à 12 pour cent était constituée d'un matériau vierge de haute qualité avec la granulométrie correcte, la teneur en cobalt et une qualité de surface améliorée en raison de sa résistance à la corrosion.

La qualité du matériau doit non seulement résister aux chocs, mais également répondre à toutes les exigences de l'application. Par exemple, la finition de surface, essentielle à la durée de vie de l'outil, peut être améliorée si la nuance résiste à l'épuisement du cobalt. La réduction de la teneur en cobalt réduit les risques de grippage, ce qui contribue à l'écaillage par retrait. Enfin, le carbure vierge peut résister à des niveaux de chocs élevés tout en conservant une dureté élevée.