Qu’est-ce que le carbure cémenté ?
Le carbure cémenté désigne les alliages composites fabriqués en ajoutant des métaux ferreux aux métaux des groupes 4 à 6 du tableau périodique.
Les alliages WC-CO, dans lesquels le cobalt est lié au carbure de tungstène, sont particulièrement courants. Ils sont extrêmement durs et conservent leur dureté à température ambiante et à des températures élevées. Ils sont par ailleurs solides et résistants aux forces externes telles que la flexion.
Utilisations des carbures cémentés
Les carbures cémentés sont utilisés dans les domaines où la résistance à l’usure est requise. Ils sont notamment utilisés dans les outils de coupe et de polissage pour le traitement du verre, du plastique et du métal. Ils conviennent également à des utilisations telles que les forets pour percer des trous dans la roche et le béton, les buses pour les produits industriels, les tuyaux pour les électrodes, les pointes pour les imprimantes à points et les poinçons.
Le carbure cémenté possède les propriétés les plus dures après le diamant et conserve sa dureté même à des températures élevées. Ils sont également solides et se déforment difficilement sous l’effet d’une charge. Ils sont utilisés dans les domaines où ces caractéristiques peuvent être exploitées.
Principe des carbures cémentés
Comme indiqué ci-dessus, les carbures cémentés sont des alliages composites obtenus par la liaison (frittage) d’oxydes métalliques de métaux appartenant aux groupes 4 à 6 du tableau périodique avec des métaux à base de fer.
Les neuf métaux suivants appartenant aux groupes 4 à 6 du tableau périodique sont répertoriés :
- W (tungstène)
- Cr (chrome)
- Mo (molybdène)
- Ti (titane)
- Zr (zirconium)
- Hf (hafnium)
- V (Vanadium)
- Nb (Niobium)
- Ta (Tantale)
Les métaux ferreux les plus courants sont :
- Fe (fer)
- Co (cobalt)
- Ni (nickel)
L’alliage le plus typique est l’alliage WC-CO, fabriqué en ajoutant du cobalt comme liant au carbure de tungstène.
Méthodes de production des carbures cémentés
Les carbures cémentés sont fabriqués par une méthode spéciale appelée métallurgie des poudres. En effet, le point de fusion du carbure de tungstène, principal matériau utilisé dans le carbure cémenté, atteint 2 900 °C, ce qui le rend difficile à fabriquer par fusion comme le fer.
La métallurgie des poudres consiste à presser puis durcir des poudres métalliques. Le carbure cémenté est fabriqué en mélangeant de la poudre métallique de carbure de tungstène et de la poudre métallique telle que le cobalt comme liant, en pressant puis en frittant à une température élevée de 1 300°C à 1 500°C.
Divers alliages composites peuvent être fabriqués en modifiant le mélange de poudres métalliques en fonction de l’application. À l’heure actuelle, outre le “système WC-CO”, de nombreux autres types ont été développés, notamment le “système WC-TiC-Co”, le “système WC-TaC-Co” et le “système WC-TiC-TaC-Co”.
Méthodes d’usinage des carbures cémentés
Les carbures cémentés sont si durs qu’ils ne peuvent pas être usinés par des méthodes normales. Ils sont donc usinés soit à l’aide de diamants, qui sont plus durs que le carbure cémenté, soit à l’aide d’une décharge à puissance pulsée.
1. Usinage à l’aide de diamants
Le diamant étant très coûteux, l’on utilise un abrasif diamanté sur une meule pour la coupe et le meulage. L’inconvénient est que la portion de diamant à découper est petite et que la découpe se fait progressivement : le processus prend beaucoup de temps. C’est pourquoi l’on a récemment mis au point des outils dans lesquels l’outil de coupe lui-même est recouvert d’une pellicule de diamant.
2. Usinage par décharge électrique
L’usinage par décharge électrique comprend l’usinage par fil et le perçage de formes. Dans l’usinage par fil, des fils sont tendus au-dessus et au-dessous du matériau et coupés tout en déchargeant l’électricité des fils. Le perçage de forme est une méthode dans laquelle le matériau est placé dans un liquide et l’électrode est approchée du liquide tout en déchargeant de l’électricité pour faire fondre le métal.
Autres informations sur les carbures cémentés
Normes des carbures cémentés
Un exemple de norme sur les carbures cémentés est la JIS B 4053 (2013) : classification pour l’utilisation et nomenclature des matériaux d’outils en carbure cémenté pour la coupe. La notation pour le carbure cémenté est un croisement entre la classification par matériau d’outil de coupe (partie HW) et la classification par matériau de pièce (partie P20), comme dans HW-P20.
Elle indique quel type de matériau et quel type de pièce peuvent être usinés. Les carbures cémentés à base de tungstène sont classés selon la taille des particules en HW et HF, où HW a une taille moyenne de 1 µm ou plus et HF une taille moyenne de moins de 1 µm.
Deux types de carbures cémentés, HT et HC, sont également répertoriés dans la norme concernée : HT signifie cermet, qui est principalement constitué de carbures et de nitrures de titane, de tantale et de niobium avec une faible teneur en carbure de tungstène ; HC signifie carbure cémenté revêtu, qui est un alliage de carbure cémenté avec une surface de carbures, de nitrures, d’oxydes et de diamants. HC est un symbole pour les carbures cémentés revêtus, les nitrures, les oxydes et les diamants revêtus sur une ou plusieurs couches à la surface du carbure cémenté.