Causes de la fissuration des barres de carbure de tungstène lors du processus de rectification

Fissuration lors du broyage de tiges en carbure de tungstène peut entraîner des rejets d'ébauches, des outils cassés, une géométrie de cannelure instable, une défaillance du revêtement et une rupture prématurée lors de l'usinage.

La fissure visible apparaît souvent lors de la rectification sans centre, de la rectification cylindrique, de la rectification de cannelures, de la rectification de faces ou de la fabrication de pointes d'outils. Cela ne signifie pas nécessairement que l'opération de rectification est à l'origine de l'intégralité du défaut.

Une fissure découverte lors du meulage peut avoir trois origines différentes :

1. Fissure héritée :La tige présentait déjà un défaut de matériau ou de frittage avant le meulage.

2. Fissure générée par le meulage :Une contrainte mécanique ou thermique survenue lors du meulage a initié une nouvelle fissure.

3. Fissure révélée par meulage :Un défaut sous-jacent existait auparavant, mais l'enlèvement de matière a permis son ouverture, sa propagation ou son apparition.

Cette distinction est importante. Une correction des paramètres de rectification ne résoudra pas un problème de microstructure de la barre, tandis qu'un changement de nuance de carbure ne résoudra pas un problème de buse de refroidissement obstruée ou de meule déséquilibrée.

Un diagnostic fiable commence par déterminer si la fissure provient de la tige, du processus de rectification ou de l'interaction entre ces deux éléments.

Pourquoi carbure de tungstène Les tiges sont sensibles aux dommages causés par le meulage

UNtige en carbure de tungstèneIl est généralement fabriqué à partir de grains de WC durs maintenus ensemble par un liant métallique, le plus souvent du cobalt.

La phase WC confère dureté et résistance à l'usure. La phase liante apporte ténacité et contribue à limiter la propagation des fissures. Cette combinaison rend le carbure cémenté idéal pour les forets, les fraises, les alésoirs, les défonceuses, les ébavures et autres outils de coupe de précision.

Cette même microstructure pose également un problème de meulage :

● Les grains de WC sont extrêmement durs et résistent à l'enlèvement de matière.

● Le matériau présente une tolérance limitée à la contrainte de traction et à la flexion.

● Les charges de meulage agissent localement à travers les grains de diamant individuels.

● La chaleur peut se développer rapidement dans une petite zone de contact.

● Les fissures peuvent se propager à travers les grains de WC ou le long des interfaces carbure-liant.

Le meulage doit donc enlever la matière efficacement sans faire basculer la surface d'un enlèvement contrôlé vers une fracture fragile incontrôlée.

1. Défauts préexistants dans la barre frittée

Certaines tiges se fissurent lors du meulage car l'ébauche présente déjà une zone fragile. La force ou la chaleur du meulage révèle alors ce défaut.

Les défauts matériels pertinents peuvent inclure :

● Porosité excessive ou concentrée localement

● Carbone non combiné ou libre

● Phase êta causée par un déséquilibre du carbone

● Inclusions ou contaminations non métalliques

● Lacs de liant ou ségrégation du liant

● Croissance anormale des grains WC

● Variation de densité

● microfissures internes

● Défauts autour des orifices de refroidissement

Ces caractéristiques peuvent agir comme des concentrateurs de contraintes. Une tige peut paraître acceptable extérieurement, mais se fissurer après le meulage de la couche extérieure ou lorsqu'une cannelure s'approche de la zone défectueuse.

Les normes ISO 4499-4 et ASTM B276 fournissent des méthodes métallographiques reconnues pour évaluer la porosité, les défauts liés au carbone, les inclusions et les conditions microstructurales connexes dans le carbure cémenté.

2. Profondeur de coupe ou vitesse d'avance excessives

Chaque grain de diamant exerce une contrainte mécanique locale sur la surface du carbure. Plus la profondeur de rectification ou l'avance augmentent, plus l'épaisseur des copeaux, la force de rectification et le risque d'enlèvement de matière fragile s'accroissent.

Un enlèvement excessif de matière par passe peut entraîner :

● fracture des grains de WC

● Déformation ou retrait du liant

● Écaillage de surface

● fissures souterraines

● Rupture du bord de la flûte

● Contraintes résiduelles élevées

● Rupture soudaine de la tige

L’enlèvement important de matière est particulièrement risqué lors du meulage de barres de petit diamètre, de cannelures profondes, de noyaux d’outils minces, d’outils longs ou de nuances à faible teneur en liant.

3. Chaleur de broyage excessive

Le meulage convertit une partie de l'énergie mécanique en chaleur. Lorsque la meule coupe de manière inefficace ou que le taux d'enlèvement de matière est trop élevé, la chaleur peut se concentrer à la surface de la tige.

La surface peut chauffer et se dilater tandis que le cœur de la tige reste plus froid. Ce gradient de température engendre des contraintes. Lors du refroidissement, la surface et le cœur se contractent à des vitesses différentes, ce qui peut amorcer ou propager des fissures.

La chaleur excessive est généralement associée à :

● Une roue terne ou glacée

● Chargement sur roues

● Liant de roue dur qui ne libère pas les grains usés

● Concentration excessive de diamants pour le procédé

● Grain grossier combiné à un broyage intensif

● Débit de liquide de refroidissement faible

● Mauvais positionnement du liquide de refroidissement

● Longueur de contact excessive

● Habillage ou conditionnement insuffisant

La granulométrie de l'abrasif, la dureté du liant et la concentration en diamant influent sur la force de meulage et la température. Ces variables doivent être sélectionnées comme un système plutôt qu'individuellement.

4. Choc thermique dû à une alimentation instable en liquide de refroidissement

Le liquide de refroidissement remplit deux fonctions principales lors du meulage du carbure :

● Éliminer la chaleur de la zone de broyage

● Éliminer les copeaux et les particules de fracture de l'interface meule-pièce

Le liquide de refroidissement n'est efficace que lorsqu'il atteint la zone de contact réelle en volume suffisant et avec un débit stable.

Un choc thermique peut survenir lorsque :

● Le broyage commence avant même que le flux de liquide de refroidissement ne soit établi.

● Le jet de liquide de refroidissement manque le contact roue-bielle.

● Des barrières d'air empêchent la pénétration du liquide de refroidissement.

● Une buse se bouche partiellement.

● Le flux de liquide de refroidissement démarre et s'arrête au cours du cycle.

● Une tige déjà en surchauffe est soudainement inondée de fluide plus froid.

● La température du liquide de refroidissement varie considérablement au cours d'un lot de production.

Le carbure cémenté peut tolérer la chaleur, mais des gradients de température abrupts peuvent provoquer des microfissures, en particulier autour de défauts préexistants, de trous de refroidissement, de transitions nettes ou de sections minces.

5La qualité du carbure est trop fragile pour la tâche de meulage.

Les nuances de barres en carbure diffèrent par la taille des grains de WC, la teneur en liant, la chimie du liant, la dureté, la résistance à la rupture transversale et le comportement à la fracture.

En général, une faible teneur en liant et une granulométrie plus fine du WC permettent d'obtenir une dureté et une résistance à l'usure élevées. Une teneur en liant plus élevée augmente généralement la ténacité, mais diminue légèrement la dureté.

Une qualité de revêtement très résistante à l'usure peut néanmoins s'avérer inadaptée si l'outil fini présente les caractéristiques suivantes :

● Un diamètre très petit

● Des cannelures profondes et un noyau résiduel mince

● Longue portée ou rapport longueur/diamètre élevé

● Grands orifices de refroidissement

● Pas pointus ou cous

● Élimination agressive des copeaux par meulage

Langsun Carbide explique cet équilibre de qualité dans :6 % contre 10 % contre 12 % de cobalt dans les barres de carbure.

Augmenter la teneur en cobalt n'est pas la solution miracle. La nuance de la barre doit également offrir la dureté, la stabilité des arêtes, le support du revêtement et les performances de coupe requis par l'outil fini.

6Concentration des contraintes autour de la géométrie de l'outil

Les fissures apparaissent souvent là où la section de carbure restante est la plus petite ou là où la géométrie change brusquement.

Les caractéristiques à haut risque comprennent :

● Orifices de sortie du liquide de refroidissement

● Racines de flûte

● faible épaisseur de la toile

● Transitions nettes au niveau du cou

● exercices d'épaules par étapes

● Angles aigus

● Espacement ou profondeur inégale des cannelures

● Orifices de refroidissement excentrés

Une tige comportant des trous de refroidissement doit être évaluée en fonction de l'épaisseur minimale de la paroi et de la position des trous, et non uniquement en fonction du diamètre extérieur.

De petites erreurs dimensionnelles dans un trou de refroidissement peuvent réduire considérablement la quantité de matière restante après la rectification des cannelures. Le programme de rectification doit donc être établi en fonction de la position, de la rectitude et de la concentricité vérifiées du trou.

Comment réduire les fissures lors du meulage des barres en carbure

1. Qualifier l'ébauche de canne avant la production.Vérifier la nuance, le diamètre, la rectitude, la rondeur, la géométrie du trou de refroidissement, la dureté, la densité et les indicateurs de qualité du matériau requis.

2. Utilisez la meule diamantée appropriée.Adapter le grain, la concentration, le liant, la géométrie de la meule et la facilité de dressage à l'ébauche ou à la finition.

3. Habillez, conditionnez et équilibrez la roue.Ne poursuivez pas le meulage avec un ensemble de meules chargé ou vibrant.

4. Contrôler le retrait des stocks.Utilisez plusieurs passages stables plutôt qu'une seule coupe excessive.

5. Acheminer le liquide de refroidissement vers la zone de contact.Établir un flux continu avant le broyage et prévenir les dérives de température.

6. Soutenez correctement la tige.Limiter le porte-à-faux et éviter la flexion induite par le serrage.

7. Protéger les sections minces.Vérifiez la profondeur des cannelures, l'épaisseur du noyau, les trous de refroidissement, les épaulements et les transitions abruptes.

8. Surveillez le processus.Surveiller la puissance de la broche, le temps de cycle, la fréquence de dressage, la température du liquide de refroidissement et le taux de fissuration par lot.

Lorsqu'une barre de carbure se fissure pendant la rectification, le fournisseur peut incriminer la rectifieuse, tandis que l'outilleur peut incriminer la barre. Aucune de ces conclusions n'est fiable sans preuves.

Langsun Carbide recommande de scinder l'enquête en deux questions :

1. La tige était-elle structurellement et dimensionnellement appropriée avant le meulage ?

2. Le processus de broyage a-t-il permis de maintenir les contraintes mécaniques et thermiques dans une plage stable ?

Une barre de haute qualité garantit un meulage prévisible grâce à une microstructure, une densité, une rectitude, une géométrie des orifices de refroidissement et des propriétés de nuance homogènes. Un processus de meulage stable protège cette barre grâce à des meules, un liquide de refroidissement, un enlèvement de matière, un dressage, un équilibrage et un support appropriés.

La prévention des fissures exige à la fois une ébauche de tige sans défauts contrôlés et un processus de rectification maîtrisé. L'un peut compromettre l'autre.

La fissuration des barres de carbure de tungstène lors du meulage peut provenir de l'ébauche de la barre, de l'opération de meulage ou de l'interaction entre le matériau et le processus.

Les causes les plus importantes sont les suivantes :

● Porosité, défauts de carbone, phases anormales, inclusions et fissures internes

● Profondeur de meulage excessive et force mécanique

● Chaleur de broyage et choc thermique

● Débit de liquide de refroidissement insuffisant

● Ténacité insuffisante de qualité carbure

● Concentration des contraintes autour des orifices de refroidissement et des sections d'outils minces

Pourbarres de carbure utilisées dans les applications d'outils de coupe et de travail des métauxLangsun Carbide recommande de qualifier l'ébauche de la tige et de valider le processus de rectification séparément.

L'objectif n'est pas simplement de réduire la vitesse de meulage. Il s'agit de garantir un enlèvement de matière contrôlé, une alimentation stable en liquide de refroidissement, de faibles vibrations, un support adéquat et une qualité de barre vérifiée tout au long du lot de production.

FAQ

Pourquoi les barres de carbure de tungstène se fissurent-elles lors du meulage ?

Les causes courantes incluent des défauts préexistants de la tige, une force de meulage excessive, une surchauffe, un choc thermique, une mauvaise alimentation en liquide de refroidissement, une qualité de carbure inadaptée et une concentration de contraintes autour des sections minces.

Une fissure peut-elle être présente avant le meulage ?

Oui. Des microfissures internes, de la porosité, des inclusions, des défauts de carbone, de la phase êta ou des défauts liés aux orifices de refroidissement peuvent déjà exister. Le meulage peut révéler ou propager ces faiblesses.

Un excès de liquide de refroidissement peut-il fissurer une bielle en carbure ?

Un système de refroidissement adéquat est indispensable. Le risque majeur réside dans un système de refroidissement instable ou mal dirigé, notamment lors du refroidissement brutal d'une zone de rectification surchauffée. Le liquide de refroidissement doit être acheminé en continu vers la zone de contact.

Pourquoi les fissures se forment-elles près des orifices de refroidissement ?

Les orifices de refroidissement réduisent l'épaisseur de la paroi en carbure et peuvent engendrer des concentrations de contraintes. Des orifices excentrés, une épaisseur de paroi insuffisante, des cannelures profondes, des défauts internes ou des charges de rectification importantes peuvent amorcer des fissures dans cette zone.

Une teneur plus élevée en cobalt empêche-t-elle les fissures de meulage ?

Une teneur plus élevée en liant augmente généralement la ténacité, mais modifie également la dureté, la résistance à l'usure, l'usinabilité et les performances de l'outil fini. Le choix de la nuance doit concilier la fiabilité de l'affûtage et les exigences de coupe.

Références

1. CERATIZIT, « Usinage du carbure cémenté ». La source explique comment la taille des grains de diamant, le liant de la meule, la concentration, la force de meulage, la température et l'apport de liquide de refroidissement affectent le meulage du carbure.

2. ANCA, Sept conseils essentiels pour accélérer la production d'outils en carbureCette publication traite de la sélection, du dressage, de l'équilibrage, du conditionnement, de la vitesse d'avance et de la charge de la meule lors de la rectification d'outils en carbure.

3. Yin et al., « Étude de l’intégrité de la surface usinée du carbure cémenté en alliage WC à haute entropie », Métaux, 2024. L'étude examine la force de broyage, l'enlèvement fragile et ductile, les contraintes résiduelles, les dommages de surface et l'intégrité de la sous-surface dans le carbure cémenté à base de WC.

4. Wei et al., « Analyse de la rupture importante des arêtes des lames d'outils en carbure cémenté WC-Co apparaissant dans le processus de rectification de précision », Journal de recherche et de technologie des matériaux, 2022. La recherche analyse la microfissuration, la rupture des bords, les contraintes résiduelles, les changements microstructuraux et les effets des paramètres de rectification.

5. ISO 4499-4:2016, Métaux durs — Détermination métallographique de la microstructure — Partie 4 : Caractérisation de la porosité, des défauts de carbone et de la teneur en phase êta.

6. ASTM B276-21, Méthode d'essai normalisée pour la porosité apparente des carbures cémentésLa norme couvre l'évaluation métallographique de la porosité et des structures visibles associées au carbone non combiné, aux inclusions et autres défauts apparents.

Auteur | Allen

Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Il possède plus de 5 ans d'expérience dans le domaine des pièces d'usure industrielles et Applications du carbure de tungstèneIl travaille avec des clients dans les secteurs du pétrole et du gaz, des vannes et du contrôle des débits, de la métallurgie, du traitement chimique, des pompes, du traitement de surface, des mines et du traitement des minéraux.

Il se concentre sur l'aide aux équipementiers, aux fabricants d'équipements, aux sociétés d'ingénierie et aux équipes d'approvisionnement pour choisir des pièces d'usure en carbure de tungstène fiables en fonction des conditions de travail réelles, des performances des matériaux, de la faisabilité de la fabrication et des exigences de contrôle de la qualité.

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