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● 1. Préparation des matières premières
>> 1.1 Traitement du minerai de tungstène
>> 1.2 Préparation de la source de carbone
>> 1.3 Préparation du liant
● 2. Mélange et fraisage en poudre
>> 2.1 Misoning à billes
>> 2.2 Séchage par pulvérisation
● 3. Appuyez sur (formant)
>> 3.1 Pressage uniaxial
>> 3.2 Pressage isostatique froid (CIP)
● 4. frittage
>> 4.1 Pré-interruption
>> 4.2 frittage en phase liquide
>> 4.3 Pressage isostatique chaud (HIP)
● 5. Traitement après l'interruption
>> 5.1 broyage et polissage
>> 5.2 revêtement (dépôt de vapeur physique / dépôt de vapeur chimique)
>> 5.3 Contrôle de la qualité
● 6. Applications des produits en carbure
>> 6.1 outils de coupe
>> 6.2 Exploitation et construction
>> 6.3 pièces d'usure industrielle
>> 6.4 Applications émergentes
● Conclusion
● FAQ: processus de production en carbure
>> 1. Pourquoi le cobalt est-il utilisé comme classeur en carbure?
>> 2. Les produits en carbure peuvent-ils être recyclés?
>> 3. Comment les tailles de grains affectent-elles les performances des carbures?
>> 4. Pourquoi le frittage est-il critique dans la fabrication de carbure?
>> 5. Quelles industries s'appuient le plus sur les outils en carbure?
● Citations:
La production de carbure combine la métallurgie avancée, l'ingénierie de précision et la science des matériaux pour créer l'un des matériaux industriels les plus durs de l'humanité. Cet article explore les étapes complexes derrière la fabrication Le carbure de tungstène , un matériau critique pour les outils de coupe, l'équipement minier et les composants résistants à l'usure.
1. Préparation des matières premières
Le processus de production en carbure commence par l'approvisionnement et le raffinage des matières premières:
1.1 Traitement du minerai de tungstène
Le minerai de tungstène (généralement le wolframite ou le scheelite) est extrait par des méthodes à ciel ouvert ou souterraines. Des dépôts majeurs existent en Chine, en Russie et au Canada.
La lixiviation chimique avec de l'hydroxyde de sodium ou des extraits d'acide chlorhydrique au trioxyde de tungstène (WO₃) avec une pureté de 99,9%.
L'oxyde subit une réduction d'hydrogène dans les fours rotatifs à 600 à 1 000 ° C pour produire de la poudre de tungstène pur (W).
1.2 Préparation de la source de carbone
Le noir de carbone de haute pureté (99,95% C) ou du graphite synthétique est ajouté pour atteindre le rapport stoechiométrique pour le carbure de tungstène (WC). Un excès de carbone (0,1 à 0,5%) compense les pertes d'oxydation.
1.3 Préparation du liant
La poudre de cobalt (6 à 30% en poids) est préparée comme liant principal. Le nickel ou le chrome peut compléter des notes spécifiques pour la résistance à la corrosion.
Les tailles de particules de liant (0,8–3 µm) sont optimisées pour assurer une distribution uniforme pendant le mélange.
2. Mélange et fraisage en poudre
La distribution uniforme des composants garantit des propriétés de matériaux cohérentes:
2.1 Misoning à billes
La poudre de tungstène, le carbone et le cobalt sont mélangés dans un moulin à boule avec de l'éthanol ou de l'acétone pour prévenir l'oxydation.
Les boules de carbure de zircone ou de tungstène broient la suspension pendant 24 à 72 heures, réduisant les particules à 0,5 à 5 µm.
Les analyseurs de diffraction laser surveillent la distribution de la taille des particules (PSD) pour répondre aux normes ISO 4497.
2.2 Séchage par pulvérisation
La suspension est atomisée dans un séchoir à pulvérisation à 200–300 ° C, formant des granules sphériques (50–200 µm) avec une humidité résiduelle de 1 à 3%.
Les granules à débit libre garantissent une garniture uniforme pendant la pression.
3. Appuyez sur (formant)
La poudre est compactée en formes 'vertes ' avec une densité théorique de 50 à 70%:
3.1 Pressage uniaxial
Les presses CNC automatisées appliquent une pression de 30 000 à 60 000 psi pour former des formes proches comme des inserts ou des tiges.
Les lubrifiants (par exemple, l'acide stéarique) réduisent le frottement de la paroi de la matrice, minimisant les gradients de densité.
3.2 Pressage isostatique froid (CIP)
Pour les géométries complexes (par exemple, les flases de forage hélicoïdales), le CIP utilise de l'huile hydraulique à 30 000 à 60 000 psi pour assurer une densité uniforme.
Les moules élastomères permettent des conceptions complexes tout en maintenant une précision dimensionnelle de ± 0,1 mm.
4. frittage
Les compacts verts subissent une consolidation à haute température pour atteindre une densité complète:
4.1 Pré-interruption
Les pièces sont chauffées à 500–800 ° C dans des atmosphères d'hydrogène pour éliminer les liants organiques et renforcer la manipulation.
Les pièces pré-péché conservent une porosité de 70 à 80% mais gagnent suffisamment de résistance pour l'usinage intermédiaire.
4.2 frittage en phase liquide
Les fours à vide ou d'hydrogène chauffent les pièces à 1 400 à 1 500 ° C pendant 60–180 minutes.
Le cobalt fond à 1 495 ° C, infiltrant les particules de carbure de tungstène via une action capillaire pour former une matrice dense.
Un rétrécissement de 17 à 25% se produit, nécessitant une surdimensionnement pendant la pression.
4.3 Pressage isostatique chaud (HIP)
Le traitement en option de la hanche à 1 400 ° C et la pression de l'argon de 30 000 psi élimine la porosité résiduelle (<0,02%).
Les pièces de la hanche présentent 10 à 20% de résistance à la rupture transversale (TR) plus élevée que celles de façon conventionnelle.
5. Traitement après l'interruption
L'usinage final et les traitements améliorent les performances:
5.1 broyage et polissage
Les roues en diamant (80–400 grain) Insert des finitions de surface RA 0,1 à 0,4 µm.
Les machines de broyage CNC atteignent des tolérances de ± 0,005 mm pour les bords de coupe.
5.2 revêtement (dépôt de vapeur physique / dépôt de vapeur chimique)
Les revêtements PVD (étain, tialn) à 300–500 ° C fournissent 2 à 4 µm de couches avec une dureté de 3 500 HV.
Les revêtements CVD (carbone de type diamant) à 800 à 1 000 ° C offrent une résistance à l'usure extrême pour les outils minières.
5.3 Contrôle de la qualité
La fluorescence des rayons X (XRF) vérifie la teneur en cobalt à ± 0,5%.
Les tests de Rockwell A Scale (HRA) confirment les valeurs de dureté de 88–94.
Les tests de résistance à la rupture transversale (TRS) garantissent une résistance à la fracture de 2 500 à 4 500 MPa.
6. Applications des produits en carbure
6.1 outils de coupe
Inserts indexables (ISO CNMG / SNMG) en acier de machine à 300 à 500 m / min de vitesses.
Les moulins à extrémité micro-grain (0,2 µm) produisent des finitions de qualité optique sur les alliages aérospatiaux.
6.2 Exploitation et construction
Des forets à trois côtes avec des inserts en carbure pénètrent en granit à 30 à 50 mètres / heure.
Les dents de fraisage de route récupérent l'asphalte avec plus de 200 heures de fonctionnement entre les remplacements.
6.3 pièces d'usure industrielle
Les joints en carbure de tungstène résistent à 500 ° C Slurries abrasives dans les pompes pétrochimiques.
Les composants de garniture de soupape résistent à l'érosion de la cavitation dans les centrales nucléaires.
6.4 Applications émergentes
La fabrication additive utilise des poudres de nano-carbure (50–100 nm) pour les buses de fusée imprimées en 3D.
Les implants biomédicaux exploitent la biocompatibilité du carbure dans les remplacements articulaires.
Conclusion
Le processus de production de carbure transforme le tungstène cru et le carbone en un matériau rivalisant avec du diamant en dureté. De la métallurgie de la poudre au broyage de précision, chaque étape garantit que le produit final répond aux exigences industrielles rigoureuses. Des innovations comme le frittage de la hanche, les carbures nano-structurés et les revêtements hybrides continuent d'étendre les applications dans l'aérospatiale, les énergies renouvelables et la fabrication avancée. Avec la demande mondiale de carbure qui devrait augmenter de 6,2% par an jusqu'en 2030, la maîtrise de ces techniques de production reste essentielle à la compétitivité industrielle.
FAQ: processus de production en carbure
1. Pourquoi le cobalt est-il utilisé comme classeur en carbure?
La ductilité de Cobalt équilibre la fragilité du carbure de tungstène, améliorant la ténacité sans compromettre la dureté. Son point de fusion (1495 ° C) s'aligne parfaitement avec les exigences de frittage en phase liquide.
2. Les produits en carbure peuvent-ils être recyclés?
Oui, le carbure de ferraille est récupéré par récupération du zinc (efficacité à 90%) ou écrasement mécanique. Le matériel recyclé représente 35% de l'approvisionnement mondial en tungstène.
3. Comment les tailles de grains affectent-elles les performances des carbures?
Les grains plus fins (0,2–0,8 µm) augmentent la dureté (jusqu'à 2 300 HV30), tandis que les grains plus grossiers (1–5 µm) améliorent la résistance à la fracture (TRS> 4000 MPa).
4. Pourquoi le frittage est-il critique dans la fabrication de carbure?
Le frittage densifie le matériau à 99,5% de densité théorique, atteignant la dureté de Vickers de 1 500 à 2 000 HV. Un frittage inapproprié provoque des défauts catastrophiques comme la mise en commun du cobalt.
5. Quelles industries s'appuient le plus sur les outils en carbure?
L'aérospatial (40% de parts de marché), l'automobile (25%) et les industries pétrolières / gaz (20%) utilisent du carbure pour l'usinage à grande vitesse, les forets et les plaques d'usure.
Citations:
[1] https://www.youtube.com/watch?v=zjkvi0cmtx0
[2] https://onmytoolings.com/how-are-carbide-inserts-made/
[3] https://www.hannibalcarbide.com/technical-support/about-carbide/
[4] https://www.mmc-carbide.com/in/technical_information/tec_guide/tec_guide_carbide
[5] https://www.retopz.com/57-fequentely-asked-destions-faqs-about-nungsten-carbide/
[6] https://www.carbide-product.com/blog/tungsten-carbide-production-process/
[7] https://www.betalentcarbide.com/production-process-of-cectiond-carbide-blade.html
[8] https://www.carbide-product.com/blog/how-is-carbide-made/
[9] https://www.linkedin.com/pulse/tungstencarbide-production-process-nungsten-carbide-shijin-lei
[10] https://www.zgcccarbide.com/news/the-manufacturing-process-of-cectiond-carbide-inserts:-a-comprehensive-guide-39.html
[11] https://www.youtube.com/watch?v=95ys7w66-bi
[12] https://www.allied-material.co.jp/en/techinfo/tungsten_carbide/process.html
[13] https://todaysmachiningworld.com/magazine/how-it-works-making-nungsten-carbide-cutting-tools/
[14] https://www.shutterstock.com/search/production-carbide?image_type=photo&page=3
[15] https://www.istockphoto.com/photos/carbide-tools
[16] https://www.alamy.com/stock-photo/calcium-carbide.html
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[18] https://stock.adobe.com/search/images?k=carbide+cutting
[19] https://imechanica.org/files/basic%20Manufacturing%20Processs%20Questions%20and%20answers%2007%20July%202013.pdf
[20] https://tuncomfg.com/about/faq/
[21] https://testbook.com/question-answer/________process-is-used-for-making-a-complic-- 6253c8b58a09ec2605fdd5af
[22] https://www.tjtywh.com/a-step-by-tep-guide-to-making-calcium-carbide-at-home.html
[23] https://patents.google.com/patent/us4008090a/en
[24] https://www.youtube.com/watch?v=olalos0er00
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[27] https://www.freepik.com/premium-ai-image/flowchart-illustrating-steps-involved-production-nungsten-carbide-tools-using-powder_362617291.htm
[28] https://www.istockphoto.com/photos/carbide
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[30] https://www.tungco.com/insights/blog/frequentent-asked-questis-used-sengsten-carbide-inserts/
