Bague en carbure de tungstène ou bague en carbure de silicium : laquelle est la meilleure pour les pompes ?

Lorsque les ingénieurs comparent undouille en carbure de tungstèneavec un Bague en carbure de silicium, la discussion devient souvent trop simpliste : le carbure de tungstène est plus résistant ; le carbure de silicium est plus dur et plus résistant à la corrosion.

Ces différences sont réelles, mais elles ne nous indiquent pas quelle bague durera le plus longtemps dans une pompe réelle.

Une pompe à boues transportant des particules minérales angulaires sollicite un palier ou une bague de manière très différente d'une pompe de procédé chimique faisant circuler un liquide corrosif propre. Une pompe verticale dont l'arbre subit un mouvement au démarrage pose un tout autre problème.

Je préfère donc commencer par le mécanisme de défaillance plutôt que par le nom du matériau.

Le carbure de tungstène devient généralement plus intéressant lorsque les contraintes liées aux chocs, aux vibrations, à l'abrasion importante et aux conditions de fonctionnement incertaines augmentent. Le carbure de silicium, quant à lui, est particulièrement avantageux lorsque la résistance à la corrosion, le faible coefficient de frottement, la faible masse, le comportement thermique et le fonctionnement en fluide propre sont des critères prépondérants.

Qu'est-ce qu'une bague de pompe en carbure de tungstène ?

Carbure de tungstène cémenté Il est constitué de grains durs de carbure de tungstène maintenus ensemble par un liant métallique, généralement du cobalt ou du nickel.

Cette structure est importante car la phase WC assure dureté et résistance à l'usure, tandis que le liant confère au matériau un niveau de ténacité qu'une céramique monolithique n'atteint pas de la même manière.

Langsun Carbide fabriquebagues de pompe en carbure de tungstènepour les applications où la résistance à l'abrasion, la résistance à l'érosion, la stabilité du jeu et les surfaces de roulement rectifiées avec précision sont importantes.

Les aciers WC-Co sont généralement privilégiés lorsque les contraintes mécaniques et l'abrasion sont prédominantes. Les aciers WC-Ni peuvent être envisagés lorsque l'attaque chimique du liant cobalt devient un problème majeur.

Qu'est-ce qu'une bague de pompe en carbure de silicium ?

Le carbure de silicium est une céramique technique présentant une très haute dureté, une forte résistance à la corrosion, une densité relativement faible, une rigidité élevée et une bonne conductivité thermique.

Selon son mode de fabrication, les composants de la pompe peuvent utiliser du carbure de silicium fritté, du carbure de silicium lié par réaction ou d'autres variantes de SiC techniques.

Cette distinction est importante. « Carbure de silicium » ne constitue pas plus une spécification technique complète que la simple mention « carbure de tungstène » sur un dessin.

Les différentes qualités de SiC peuvent varier en termes de porosité, de teneur en silicium libre, de résistance, de comportement à la rupture, de résistance chimique et de propriétés thermiques.

Dans le domaine des pompes, le carbure de silicium est largement utilisé pour les paliers lisses et les composants d'étanchéité mécanique, notamment lorsqu'une bonne résistance chimique et une lubrification par fluide contrôlée sont disponibles.

1. Usure abrasive : Les deux sont dures, mais le mécanisme d’usure est important.

Le carbure de tungstène et le carbure de silicium offrent tous deux une résistance à l'usure nettement supérieure à celle des aciers à arbres ordinaires dans de nombreuses applications abrasives.

Cela ne signifie pas pour autant qu'ils réagissent de la même manière à la boue.

Dans une bague de pompe, des particules peuvent :

● Glissez-vous dans le jeu de roulement

● Se retrouver coincé entre l'arbre et la bague

● Frapper un bord exposé

● Produire un flux érosif à proximité des rainures ou des ouvertures

● Créer un contact intermittent entre l'arbre et la bague

Sous abrasion continue par particules fines, les deux familles de matériaux peuvent présenter de bonnes performances. Cependant, lorsque la taille des particules, leur angulation, les chocs ou les mouvements de l'arbre augmentent, je m'intéresse généralement davantage à la tolérance à la rupture accrue offerte par le carbure cémenté.

C'est une des raisonsbagues en carbure de tungstène pour pompes à bouessont couramment utilisées lorsque la bague doit résister aux particules abrasives tout en maintenant un jeu de fonctionnement contrôlé.

2. Robustesse et résistance aux chocs : c’est souvent le plus grand avantage du carbure de tungstène

La dureté n'est pas la même propriété que la ténacité.

Une bague peut être extrêmement dure et pourtant se rompre si une grosse particule, une excursion de l'arbre, une erreur d'installation ou une vibration provoque une fissure.

Le liant métallique du carbure cémenté permet aux ingénieurs d'ajuster l'équilibre dureté-ténacité en modifiant la teneur en liant et la taille des grains de WC.

Le carbure de silicium est une céramique monolithique et offre généralement une tolérance moindre aux contraintes de traction, aux impacts sur les bords et aux chocs mécaniques sévères qu'un carbure de tungstène de qualité appropriée.

Cette différence devient particulièrement importante avec :

● Démarrages et arrêts fréquents de la pompe

● faux-rond de l'arbre

● Perte temporaire du film hydrolipidique

● particules de suspension de grande taille ou de forme irrégulière

● Douilles à paroi mince

● Installations à pression ou à frettage

● Vibrations et cavitation

Cela ne signifie pas que le carbure est incassable. Il peut se fissurer. Mais lorsque les contraintes mécaniques font partie intégrante de son environnement d'utilisation, la ténacité mérite autant d'attention que la dureté nominale.

3. Résistance à la corrosion : le carbure de silicium présente souvent l'avantage

Le carbure de silicium présente une excellente résistance à de nombreux environnements chimiques agressifs car il ne repose pas sur un liant métallique de la même manière que le carbure de tungstène cémenté.

Le carbure cémenté peut subir une corrosion en phase liante. Une fois le liant attaqué, les grains de WC peuvent progressivement perdre leur support et devenir plus faciles à enlever mécaniquement.

Les conditions pertinentes comprennent :

● pH faible ou élevé

● Chlorures

● Chimie oxydante forte

● Acides

● Température élevée

● Abrasion combinée à la corrosion

Le WC-Ni peut améliorer la résistance à la corrosion dans certains environnements, mais il ne faut pas supposer qu'il soit équivalent à toutes les nuances de carbure de silicium dans tous les produits chimiques agressifs.

Pour les applications de pompes chimiques propres et hautement corrosives avec un impact mécanique limité, le carbure de silicium peut être le matériau le plus logique.

4. Comportement thermique : Le carbure de silicium présente des avantages intéressants

Le carbure de silicium associe une dilatation thermique relativement faible à une conductivité thermique élevée. Il en résulte une stabilité thermique et une résistance aux chocs thermiques remarquables parmi les céramiques techniques.

Cela peut s'avérer avantageux pour les pompes manipulant des liquides chauds ou subissant d'importantes variations de température.

Le carbure de tungstène conduit également efficacement la chaleur par rapport à de nombreuses céramiques conventionnelles, mais son comportement dépend de la qualité du carbure et de la teneur en liant.

En pratique, je ne choisirais pas l'un ou l'autre matériau en me basant uniquement sur la conductivité thermique. Je me demanderais plutôt :

● Quelle est la température de fonctionnement normale ?

● À quelle vitesse la température peut-elle changer ?

● L'arbre chauffe-t-il plus vite que la bague ?

● Comment le logement contraint-il la bague ?

● Que devient le jeu de roulement à chaud ?

5Jeu de fonctionnement : le choix du matériau modifie le problème de tolérance

L'une des erreurs que je constate lors des substitutions de matériaux consiste à passer d'un matériau de bague à un autre tout en laissant toutes les dimensions du dessin inchangées.

Cela peut être inexact.

Le passage du carbure de tungstène au carbure de silicium entraîne les modifications suivantes :

● Comportement de dilatation thermique

● Rigidité

● Tolérance aux chocs

● Épaisseur de paroi préférée

● Sensibilité au stress de montage

● Stratégie d'ajustement possible

L'arbre, le logement, l'ajustement serré et le jeu à chaud doivent donc être revus.

Ce matériau ne peut être considéré comme un substitut direct simplement parce que son diamètre intérieur et son diamètre extérieur nominaux correspondent.

Bagues en carbure de tungstène vs. bagues en carbure de silicium : comparaison côte à côte

Propriété	carbure de tungstène	carbure de silicium
résistance à l'abrasion	Excellent	Excellent
Tolérance aux chocs/à la rupture	En général, c'est mieux, selon le niveau scolaire.	Inférieur ; nécessite un bon support et une charge contrôlée
résistance à la corrosion	De bon à excellent selon le liant et le fluide	Excellente dans de nombreux environnements chimiques
Densité	Haut	Faible
conductivité thermique	Bien, selon la note	Haut
dilatation thermique	Faible par rapport à l'acier	Très bas
Flexibilité des notes	La granulométrie du liant et du WC peut être ajustée.	Plusieurs systèmes et compositions de fabrication de céramique disponibles
Conditions extrêmes de boues/chocs	Souvent préféré	Nécessite une validation minutieuse
Nettoyage des produits chimiques corrosifs	Possible avec une note appropriée	Souvent très attrayant

Les bagues en carbure de tungstène étant notre principale gamme de produits, il serait tentant d'affirmer que le carbure de tungstène est toujours le meilleur choix pour les bagues de pompe. Cependant, je pense que cette affirmation est techniquement inexacte.

Le carbure de silicium est une excellente céramique technique et peut constituer la meilleure solution pour les applications de pompage propres, corrosives et bien lubrifiées.

Le carbure de tungstène devient particulièrement précieux lorsque l'environnement d'exploitation devient imprévisible : les particules abrasives grossissent, le mouvement de l'arbre augmente, la pompe démarre fréquemment, le jeu est parfois en contact avec des particules solides, ou les impacts mécaniques ne peuvent être complètement éliminés.

Ces conditions récompensent autant la robustesse que la dureté.

Pour les clientsbagues en carbure de tungstèneLangsun Carbide peut fabriquer des nuances WC-Co et WC-Ni selon les plans du client, y compris des alésages de précision, des ajustements extérieurs, des rainures, des fentes et des géométries spécifiques à l'application pour les pompes, les boues, le traitement chimique et les équipements rotatifs.

Le carbure de silicium est souvent le matériau chimiquement et thermiquement le plus résistant. Le carbure de tungstène, quant à lui, est souvent plus tolérant aux contraintes mécaniques. C'est la pompe elle-même qui détermine quel avantage est le plus important.

Foire aux questions

Le carbure de tungstène est-il plus dur que le carbure de silicium ?

Ce sont deux matériaux extrêmement durs, et le résultat exact dépend de leur nuance et de la méthode de test de dureté. Le choix d'une pompe ne doit pas se baser uniquement sur la dureté.

Lequel dure le plus longtemps dans les pompes à boues ?

Le carbure de tungstène est souvent privilégié lorsque l'abrasion sévère est combinée à des chocs, des vibrations, des mouvements d'arbre ou la présence de grosses particules. Sa durée de vie réelle dépend de sa nuance, du jeu, de l'état de l'arbre, de la lubrification et des caractéristiques de la boue.

Le carbure de silicium est-il plus résistant à la corrosion ?

Dans de nombreux environnements chimiques agressifs, oui. Le carbure de silicium offre une excellente résistance chimique, tandis que les performances du carbure de tungstène cémenté peuvent être limitées par la corrosion du liant métallique.

Le carbure de tungstène peut-il être utilisé dans les pompes corrosives ?

Oui. Le WC-Ni et d'autres nuances de carbure résistantes à la corrosion peuvent être utilisés dans certains services corrosifs, mais leur compatibilité doit être vérifiée en fonction de la chimie réelle du fluide.

Auteur | Allen

Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Fort de plus de cinq ans d'expérience dans les pièces d'usure industrielles et les applications du carbure de tungstène, il travaille avec les fabricants de pompes, les équipementiers, les sociétés d'ingénierie et les équipes d'approvisionnement sur la sélection des matériaux, la conception des composants, l'analyse des défaillances, la faisabilité de la fabrication et les exigences en matière de contrôle de la qualité.

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Références

1. CERTIFIER, carbure cémentéAperçu technique du carbure cémenté en tant que phase de matériau dur combinée à un liant métallique, incluant la relation entre la résistance à l'usure, la ténacité, la teneur en liant et la taille des grains de WC.

2. CoorsTek, carbure de siliciumAperçu technique décrivant la dureté élevée, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, la résistance aux hautes températures et les variantes de matériaux techniques du carbure de silicium.

3. CoorsTek, Propriétés des matériaux en carbure de silicium. Publication des propriétés physiques et mécaniques typiques de plusieurs systèmes de matériaux en carbure de silicium.

4. Saint-Gobain, Carbure de silicium HexoloyInformations techniques décrivant la faible densité, la résistance à la corrosion, la résistance aux chocs thermiques et la conductivité thermique du carbure de silicium fritté.

5. EagleBurgmann, Accouplements magnétiques SMAKInformations produit illustrant l'utilisation des paliers de glissement en carbure de silicium dans les équipements lubrifiés par fluide et définissant les limites d'application pour les solides et les conditions de fonctionnement.

6. John Crane, Spécifications techniques du type 1670Informations sur la conception des joints industriels identifiant le carbure de tungstène et le carbure de silicium comme options disponibles pour les bagues et les faces en matériau dur.