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● Introduction au carbure de tungstène
>> Matières premières
● Processus de fabrication
● Techniques d'usinage avancées
● Applications des produits en carbure de tungstène
● Techniques de fabrication avancées
>> Processus de fabrication additive
>> Avantages de la fabrication additive
● Technologie de revêtement en carbure de tungstène
● Recyclage du carbure de tungstène
>> Méthode électrolytique
>> Méthode de fusion de zinc
● Durabilité dans l'industrie du carbure
● Conclusion
● Questions fréquemment posées
>> 1. Qu'est-ce que le carbure de tungstène?
>> 2. Comment la fabrication du carbure de tungstène est-elle fabriquée?
>> 3. Quelles sont les applications clés du carbure de tungstène?
>> 4. Le carbure de tungstène peut-il être recyclé?
>> 5. Quels sont les avantages de l'utilisation du carbure de tungstène dans les applications industrielles?
● Citations:
Le carbure de tungstène, connu pour sa dureté exceptionnelle et sa résistance à l'usure, est un matériau crucial dans la production de produits industriels en carbure. Ces produits sont largement utilisés dans diverses industries, y compris les secteurs de la fabrication, de l'exploitation minière, de l'aérospatiale et de l'automobile. Le processus de fabrication de Le carbure de tungstène implique plusieurs étapes complexes, de la sélection des matières premières à la mise en forme finale du produit. Dans cet article, nous nous plongerons dans le processus détaillé de la fabrication des produits en carbure de tungstène.
Introduction au carbure de tungstène
Le carbure de tungstène est un composé fabriqué à partir d'atomes de tungstène et de carbone, avec une formule chimique de WC. Il est réputé pour sa dureté, qui est comparable au diamant, ce qui le rend idéal pour les applications nécessitant une résistance et une précision élevées. Les produits en carbure de tungstène sont souvent combinés avec un matériau de liant, comme le cobalt ou le nickel, pour améliorer leur ténacité et leur ouvabilité.
Matières premières
Les principales matières premières pour la production de carbure de tungstène sont les sources de minerai de tungstène et de carbone. Le minerai de tungstène est transformé en oxyde de tungstène, qui est ensuite réduit en poudre métallique de tungstène dans une atmosphère d'hydrogène. Le carbone provient généralement du noir de carbone de haute pureté ou du graphite. La qualité de ces matières premières affecte considérablement les performances du produit final.
Processus de fabrication
Le processus de fabrication des produits en carbure de tungstène implique plusieurs étapes clés:
1. Mélange de matériaux: La poudre de tungstène est mélangée avec du noir de carbone dans un broyeur à boulets pendant 2 à 4 heures pour assurer l'uniformité. Cette étape est cruciale car elle affecte la qualité du produit final. Le mélange doit considérer non seulement le carbone nécessaire à la carbure, mais aussi le carbone nécessaire à la réaction entre le carbone et l'oxygène dans la poudre.
2. Carburisation: Le mélange de tungstène-carbone est chauffé dans un four à tube en graphite à des températures élevées (généralement entre 1300 ° C à 1600 ° C) pour former du carbure de tungstène. La température exacte dépend de la taille des particules souhaitée du produit final. Différentes températures affectent la taille des grains et la dureté du carbure de tungstène résultant [1].
3. Broyage et tamisage: après la carbure, le carbure de tungstène est broyé en une fine poudre et tamisé pour obtenir des tailles de particules uniformes. Les particules fines sont généralement tamisées à travers un tamis de 200 maille, tandis que les particules grossières utilisent un tamis de 60 maille. Cela garantit que la poudre convient aux processus ultérieurs [1].
4. Mélanger avec le liant: La poudre de carbure de tungstène est mélangée à un matériau de liant, comme le cobalt, pour améliorer sa ténacité et son ouvrabilité. Ce mélange est crucial pour créer un produit fort et durable. La proportion du classeur affecte les propriétés globales des produits industriels en carbure finaux [1].
5. Compactage: Le mélange est pressé dans la forme souhaitée à l'aide de machines à haute pression. Cela crée un 'Green Compact ' qui est fragile mais qui a la forme prévue. Des techniques telles que la pressage isostatique à froid (CIP) ou la pressage uniaxiale sont couramment utilisées [1].
6. frittage: Le compact vert est chauffé dans un four à vide à des températures élevées (généralement environ 1500 ° C) pour fusionner les particules, résultant en une structure de carbure solide et dense. Le frittage est essentiel pour atteindre la densité et les propriétés mécaniques souhaitées [1].
7. Forme et broyage final: Le produit fritté est ensuite façonné et brouillé pour atteindre les dimensions et la finition de surface souhaitées. Des techniques telles que l'usinage CNC et l'usinage EDM sont utilisées pour une mise en forme précise [1].
Techniques d'usinage avancées
Une fois la forme de base fritté, un raffinement supplémentaire est réalisé grâce à diverses méthodes de coupe et de broyage [1]:
- Coupe EDM à fil rapide: Cette étape initiale consiste à utiliser l'usinage de décharge électrique du fil (EDM) pour couper le matériau en acier en tungstène en forme rugueuse et taille. C'est une méthode efficace pour la mise en forme grossière [1].
- Coupe moyenne de fil: Après la coupe rugueuse, la coupe de fil moyen est utilisée pour des détails plus fins, améliorant la précision de forme des pièces en carbure de tungstène [1].
- Processus de broyage: le broyage est crucial pour atteindre les dimensions finales et les qualités de surface requises [1]:
- broyage de surface: Ceci est principalement utilisé pour le traitement des surfaces plates, assurant le contrôle du parallélisme de la surface et de la perpendiculaire [1].
- broyage cylindrique: y compris le broyage cylindrique interne, externe et tous deux combiné se concentre sur le traitement des pièces circulaires pour maintenir la concentricité [1].
- Pg Profil Gringing: Cette méthode de broyage spécialisée est utilisée pour les surfaces courbes et l'usinage précis des pointes de carbure, adhérant à des modèles de broyage programmés spécifiques [1].
- Usinage CNC: l'usinage CNC post-grincement affine les pièces à leurs dimensions finales, en particulier après les traitements de trempe qui pourraient provoquer des déformations subtiles. Les centres d'usinage CNC offrent une efficacité élevée malgré les coûts élevés associés à l'équipement [1].
- CNC Turning: Le tournant CNC est crucial pour l'usinage des surfaces complexes, y compris le chanfreinage et un contrôle précis sur les angles et les tolérances dans les trous et les machines à sous [1].
- Machinage EDM: pour les fonctionnalités nécessitant des tolérances extrêmement serrées comme les trous aveugles, l'usinage EDM est la méthode de choix. La coupe du fil lente, une autre forme d'EDM, est idéale pour l'usinage à travers un trou et micro-trou [1].
- touches finales avec une coupe de fil lente: le processus de fabrication se termine par une coupe de fil lente, garantissant que les dimensions finales s'alignent strictement avec les exigences de conception [1].
Applications des produits en carbure de tungstène
Les produits en carbure de tungstène sont utilisés dans un large éventail d'industries en raison de leur dureté exceptionnelle et de leur résistance à l'usure. Certaines des applications clés comprennent:
- Outils de coupe: le carbure de tungstène est largement utilisé dans les outils de coupe tels que les bits de forage, les inserts de fraisage et les lames de scie en raison de sa capacité à maintenir la netteté dans des conditions de contrainte élevée.
- Pièces résistantes à l'usure: Il est utilisé dans les pièces résistantes à l'usure telles que les sièges de soupape, les traits de pompe et les revêtements de concasseur pour améliorer la durabilité et réduire les coûts d'entretien.
- Aérospatiale et automobile: le carbure de tungstène est utilisé dans des composants haute performance pour les industries aérospatiales et automobiles en raison de sa force et de sa précision.
- Production de pétrole et de gaz: Les revêtements en carbure de tungstène sont appliqués aux équipements de forage et aux composants de production pour prolonger leur vie dans des environnements abrasifs.
- Applications médicales: le carbure de tungstène est utilisé dans les outils et les implants chirurgicaux en raison de sa biocompatibilité et de sa durabilité.
Techniques de fabrication avancées
Ces dernières années, des techniques avancées telles que la fabrication additive ont été explorées pour produire des pièces de carbure de tungstène. Ces méthodes permettent la création de géométries complexes et peuvent potentiellement réduire le temps et les coûts de production.
Processus de fabrication additive
Le processus de fabrication additive pour le carbure de tungstène implique le mélange de particules de carbure de tungstène avec d'autres carbures et un liant, puis en utilisant des techniques comme la fusion laser sélective pour créer la forme souhaitée. Ce processus offre une flexibilité dans la conception et peut produire des pièces avec des détails complexes.
Avantages de la fabrication additive
- Géométries complexes: permet la création de formes complexes difficiles à réaliser avec les méthodes traditionnelles.
- Réduction des déchets de matériaux: minimise les déchets de matériaux en construisant des pièces de couche par couche.
- Agmentation de la vitesse: peut potentiellement réduire le temps de production par rapport aux processus traditionnels de frittage.
Technologie de revêtement en carbure de tungstène
La technologie de revêtement en carbure de tungstène est très populaire dans l'industrie aérospatiale, qui peut gérer efficacement l'usure de l'équipement d'aviation [6]. Une technologie de revêtement appelée dépôt de vapeur chimique à basse température (CVD) est couramment utilisée parmi les fabricants d'aviation les plus célèbres d'Europe et des États-Unis, qui est un processus de déposage des revêtements en carbure de tungstène et a été considéré comme une solution pratique, technique et commerciale [6]. Il peut augmenter considérablement la durée de vie des pièces d'avion et est largement utilisé dans les moteurs à réaction de trois générations d'avions tels que les typhons et F16 [6]. Les processus de revêtement existants comprennent le carbure de tungstène à la pulvérisation de flamme supersonique, le placage du chrome dur, le dépôt de vapeur physique du carbure de tungstène et la pulvérisation d'explosion en carbure de tungstène [6]. Cependant, bien que ces applications aient réussi dans certains domaines, elles ont leurs propres limites [6].
Recyclage du carbure de tungstène
Le recyclage du carbure de tungstène est crucial en raison de son utilisation approfondie dans les outils de coupe et d'usinage et son impact environnemental et économique important [4]. Deux méthodes principales pour recycler le carbure de tungstène sont la méthode électrolytique et la méthode de fusion du zinc [4]. Chacun a des processus et des applications uniques, ce qui les rend adaptés à différents types de matériaux de carbure de tungstène déchets [4].
Méthode électrolytique
La méthode électrolytique est un processus efficace qui exploite les potentiels d'électrode de différents composants dans les déchets contenant du tungstène [4]. Cette méthode est particulièrement efficace pour les déchets qui incluent le carbure de tungstène et le métal de cobalt [4].
Présentation du processus:
- Dans une solution acide, comme celle avec une concentration d'acide chlorhydrique d'environ 20 g / L, le cobalt peut être dissous sélectivement, ou le carbure de cobalt et de tungstène peut être dissous simultanément [4].
- Une anode en graphite et une cathode à plaque de nickel sont utilisées, où le cobalt se dissout dans la solution, formant COCL2 [4].
- L'électrolyse est effectuée à une basse tension de 1,0 à 1,5 V, conduisant à la dissolution du cobalt et au pelage de WC à partir des déchets [4].
- La boue d'anode produite est ensuite traitée (lavée, broyée à balle et tamisé) pour récupérer WC, qui peut être réutilisée pour produire de nouveaux carbures de tungstène [4].
Avantages:
- Faible réactif et consommation d'énergie [4].
- Simplicité du processus [4].
Limites:
- uniquement applicable au gaspillage de carbure de tungstène avec une teneur en cobalt supérieure à 10% [4].
Méthode de fusion de zinc
Cette méthode implique l'utilisation du zinc métallique et des températures élevées pour récupérer le carbure de tungstène des déchets [4]. Il est efficace pour le carbure de tungstène déchet avec une faible teneur en cobalt ou ceux contenant d'autres métaux comme le tantale et le titane [4].
Présentation du processus:
- Les blocs de carbure de tungstène déchets et le zinc métallique sont placés dans un creuset à l'intérieur d'un four à vide [4].
- Le mélange est chauffé à des températures entre 773 et 873 K, où le cobalt réagit avec du zinc fondu pour former un alliage de cibalt de zinc [4].
- À 1173 K, le zinc est retiré par distillation sous vide, laissant derrière elle un WC lâche et une poudre de cobalt [4].
- Le WC et la poudre de cobalt récupérés sont ensuite traités (boule de boule et tamisé) pour une utilisation dans la nouvelle production de carbures de tungstène [4].
Avantages:
- Processus de production court [4].
- Capable de gérer les déchets de contenu à faible cobalte [4].
- récupère les matériaux qui correspondent étroitement à la note des déchets d'origine [4].
Limites:
- nécessite des types spécifiques de déchets [4].
- Équipement complexe et consommation d'énergie élevée [4].
- Généralement, des coûts plus élevés que la méthode électrolytique [4].
Durabilité dans l'industrie du carbure
L'industrie du carbure est une partie importante de l'industrie du travail des métaux et joue un rôle crucial dans la fabrication d'outils, de composants de la machine et d'autres pièces de précision [7]. Cependant, l'industrie est également confrontée à divers défis concernant la durabilité [7]. L'un des plus grands défis est l'utilisation de matières premières telles que le tungstène et le cobalt, qui sont utilisées dans la production de carbures [7]. Ces matières premières sont limitées et leur extraction peut avoir des impacts environnementaux tels que la consommation d'énergie, l'utilisation de l'eau et les émissions de CO2 [7]. Un autre problème est l'élimination des déchets de carbure, qui peuvent souvent poser un fardeau sur l'environnement en raison de sa teneur élevée en métaux lourds et autres substances dangereuses [7].
Pour relever ces défis, de nombreuses entreprises de l'industrie du carbure ont commencé à mettre en œuvre des processus et des pratiques plus durables [7]. Il s'agit notamment de l'utilisation de matières premières recyclées, de la réduction des déchets et des émissions, de l'optimisation des processus de production et de la promotion de l'économie circulaire et de l'efficacité des ressources [7]. Certaines entreprises se tournent également vers des matériaux alternatifs tels que les carbures à base d'acier recyclé ou de céramique [7]. Ces matériaux ont l'avantage d'être plus respectueux de l'environnement et de nécessiter moins de matières premières [7].
Conclusion
La fabrication de produits en carbure de tungstène implique un processus complexe qui nécessite un contrôle précis sur la qualité des matières premières, le mélange, la carburation et les conditions de frittage. Les produits résultants sont très appréciés dans diverses industries pour leur dureté exceptionnelle et leur résistance à l'usure, ce qui les rend indispensables pour les outils de coupe, les pièces résistantes à l'usure et les composants haute performance.
Questions fréquemment posées
1. Qu'est-ce que le carbure de tungstène?
Le carbure de tungstène est un composé fabriqué à partir d'atomes de tungstène et de carbone, connu pour sa dureté exceptionnelle et sa résistance à l'usure. Il est largement utilisé dans les produits industriels en carbure.
2. Comment la fabrication du carbure de tungstène est-elle fabriquée?
Le carbure de tungstène est fabriqué par un processus de métallurgie de poudre impliquant le mélange de poudre de tungstène avec du carbone, de la carbure, du broyage, du mélange avec un liant, un compactage et un frittage.
3. Quelles sont les applications clés du carbure de tungstène?
Le carbure de tungstène est utilisé dans les outils de coupe, les pièces résistantes à l'usure, les composants aérospatiaux, les pièces automobiles et les applications médicales en raison de sa dureté et de sa durabilité.
4. Le carbure de tungstène peut-il être recyclé?
Oui, le carbure de tungstène peut être recyclé. Les outils et les matériaux de ferraille utilisés peuvent être récupérés et réutilisés, en réduisant les déchets et en conservant les ressources.
5. Quels sont les avantages de l'utilisation du carbure de tungstène dans les applications industrielles?
Le carbure de tungstène offre une durée de vie prolongée d'outils, une réduction des coûts de maintenance, une précision améliorée et une efficacité de fabrication améliorée, ce qui en fait un choix rentable pour exiger des applications industrielles.
Citations:
[1] https://www.carbide-product.com/blog/how-nungsten-carbide-parts-made/
[2] https://www.coherentmarketinsights.com/industry-reports/tungsten-carbide-market
[3] https://www.tungstenmetalsgroup.com/blog-blog/tungsten-scrap-metal-recycling
[4] https://www.carbide-product.com/blog/tungsten-carbide-recycling/
[5] https://www.persistenceMarkeTresearch.com/market-research/tungsten-carbide-powder-market.asp
[6] https://www.samaterials.com/content/how-does-the-new-tungsten-carbide-coating-trenghen-aircraft-ps.html
[7] https://grafhartmetall.com/en/sustainabilité-in-the-carbide-industry/
[8] https://patents.google.com/patent/ep2521799a1/en
[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungsten-carbide-market-future-strends-solutions-industry-fib5f
[10] https://grafhartmetall.com/en/innovations-in-nungsten-carbide-coatings-swiss-expertise-revealed/
[11] https://www.uniontool.com/news/tungsten-carbide-end-mills-news-archive/
[12] https://tungstencarbide42.wordpress.com/environmental-impact-and-sustainability/
[13] https://www.itia.info/wp-content/uploads/2023/07/ITIA_NEWSLETTER_2019_08.pdf
[14] https://www.ls-carbide.com/news/tungsten-carbide-market-outlook-an-in-epth-analysis-offuture-growth-trends.htm
[15] https://www.hit-tw.com/newsdetails.aspx?nid=298
[16] https://www.durit.com/technology/carbide
[17] https://www.mdpi.com/2071-1050/15/16/12249
[18] https://www.allied-material.co.jp/en/research-development/tungsten_recycle.html
[19] https://www.carbide-part.com/blog/compehensive-analysis-of-tungsten-carbide-parts-charagetics-ypes-applications-and-future-trends/
[20] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
