Pourquoi les bagues en carbure de tungstène se fissurent-elles après leur installation ? : Ajustement serré, contraintes dans le logement et charge sur les bords

Quandbagues en carbure de tungstèneSi une fissure apparaît peu après l'installation, les premiers soupçons se portent souvent sur le carbure lui-même : sa qualité était-elle trop fragile ? Y avait-il un défaut de frittage ? Le fournisseur a-t-il manqué une fissure ?

Ces possibilités doivent être étudiées, mais elles ne représentent qu'une partie du problème. Une bague qui réussit les contrôles dimensionnels, visuels et de matériau peut néanmoins se fracturer après son insertion dans un logement si l'assemblage crée un état de contrainte défavorable.

Le carbure cémenté possède une résistance à la compression extrêmement élevée, ce qui explique en partie ses excellentes performances en tant que matériau résistant à l'usure. Cependant, son comportement diffère de celui de l'acier ductile. Il est beaucoup moins apte à absorber une charge mal répartie lors de l'installation par déformation plastique.

En pratique, je porte une attention particulière àlà où la fissure commenceUne fissure partant du diamètre extérieur peut indiquer un problème d'ajustement ou de logement. Une fissure débutant sur une face d'extrémité peut révéler une contrainte excessive sur un bord ou un mauvais contact au niveau de l'épaulement. L'apparition répétée de fissures au même endroit sur la circonférence rend souvent le logement plus suspect que la nuance de carbure.

Si le carbure était sain avant l'installation, la surface de fracture peut vous indiquer comment le boîtier l'a sollicité par la suite.

Pourquoi Bague en carbure de tungstèneLe comportement des matériaux se distingue de celui de l'acier lors de l'installation.

Carbure de tungstène cémenté Il est constitué de grains de WC durs liés par une phase métallique, généralement du cobalt ou du nickel. Cette structure composite allie une dureté élevée, une résistance à la compression élevée et une ténacité à la rupture satisfaisante.

Hyperion Materials & Technologies souligne que la résistance à la compression est l'une des propriétés les plus importantes du carbure cémenté et peut atteindre des valeurs très élevées selon la nuance. La ténacité à la rupture, en revanche, est une propriété distincte qui varie en fonction de la microstructure et de la nuance.

Cette distinction est importante lors de l'installation.

Un logement en acier correctement conçu permet de soumettre le carbure à une compression radiale bénéfique et relativement uniforme. En revanche, un ajustement excessif ou irrégulier peut engendrer des contraintes de flexion, de traction et de bord localisées que le carbure est moins apte à redistribuer que l'acier.

J’évite donc la règle simpliste selon laquelle « un serrage accru assure une meilleure fixation de la bague ». Au-delà de la rétention requise, un serrage excessif peut engendrer un risque de fracture plutôt qu’un avantage.

Un ajustement trop serré est la première condition à vérifier.

L'ajustement serré fonctionne car le diamètre extérieur de la bague est supérieur à celui de l'alésage du logement avant assemblage. Une fois installée, la bague et le logement se déforment élastiquement et génèrent une pression de contact.

Avec les composants en acier, les concepteurs sont souvent habitués à des ajustements serrés relativement tolérants. Cette expérience ne doit pas être transposée aveuglément au carbure cémenté.

La contrainte réelle dépend de bien plus que l'interférence nominale :

● Diamètre extérieur et tolérance de la bague

● Alésage et tolérance du logement

● Épaisseur de paroi en carbure

● Longueur de la bague

● épaisseur de la paroi du boîtier

● matériau et rigidité du boîtier

● Qualité du carbure et propriétés élastiques

● Température pendant l'assemblage et le fonctionnement

C’est pourquoi il convient de vérifier l’ajustement dans le pire des cas plutôt que de comparer les dimensions nominales.

Par exemple:

Diamètre extérieur maximal du carbure − alésage minimal du logement = interférence maximale

Cette condition maximale — et non l'ajustement nominal — est souvent celle qui mérite le plus d'attention lors de l'analyse des fractures.

Notre guide deDimensions et tolérances des bagues en carbure de tungstèneexplique pourquoi les dimensions de la bague et du logement doivent être considérées comme un seul système de tolérance fonctionnelle.

Un boîtier déformé peut engendrer des contraintes inégales même si son diamètre est correct.

L'un des enseignements les plus utiles tirés des défaillances de composants en carbure est que le diamètre seul ne décrit pas un alésage.

Un logement peut avoir des dimensions correctes en plusieurs points et contenir quand même :

● Ovalité

● Effilage

● Forme de tonneau ou de sablier

● Points forts locaux

● Déformation due à la soudure

● Distorsion due aux boulons proches

● Broutement d'usinage

Lorsqu'une précisiondouille en carbure de tungstèneSi un objet est forcé dans un tel alésage, la pression de contact n'est plus répartie uniformément sur la circonférence.

Un point haut localisé peut supporter une charge bien supérieure à celle du reste du diamètre extérieur. Cela crée précisément le type de concentration de contraintes localisée que les matériaux durs et relativement fragiles n'apprécient guère.

Si plusieurs bagues se fissurent de manière répétée à peu près au même endroit après leur installation, je mesurerais la forme du boîtier et inspecterais la structure environnante avant d'incriminer des défauts répétés du carbure.

Un soutien partiel au logement peut courber le mur en carbure

Les bagues en carbure sont plus résistantes lorsque leur conception de montage leur assure un support prévisible et réparti.

Des problèmes surviennent lorsqu'une partie du diamètre extérieur est solidement soutenue tandis qu'une autre portion chevauche un dégagement, un alésage endommagé, une section surdimensionnée ou une discontinuité.

La bague peut alors se comporter localement comme un anneau rigide plié entre des points d'appui.

Ceci est particulièrement important avec :

● Manchons en carbure à paroi mince

● bagues longues

● boîtiers étagés

● Trous ou orifices transversaux dans le boîtier

● Surfaces de montage interrompues

En pratique, je recommande systématiquement de réexaminer les conditions de montage lorsqu'on réduit l'épaisseur d'une bague en carbure. Un ajustement serré qui a fonctionné correctement sur une bague épaisse ne doit pas être automatiquement reproduit sur une version beaucoup plus fine.

Une charge sur le bord peut amorcer une fissure sur la face d'extrémité

Les arêtes en carbure méritent une attention particulière car elles contiennent moins de matériau environnant pour répartir une charge appliquée.

Imaginez une bague pressée contre l'épaulement d'un logement qui n'est pas parfaitement d'équerre. Au lieu que toute la surface d'appui repose uniformément, le carbure entre d'abord en contact avec une zone étroite.

La force d'assemblage se concentre alors sur ce bord.

Les sources courantes de charge sur les bords comprennent :

● Un épaulement de logement qui n'est pas perpendiculaire à l'alésage

● Un petit rayon dans le boîtier interfère avec un angle vif en carbure.

● Chanfrein en carbure insuffisant

● Une épaule endommagée ou effilochée

● Le serrage axial est appliqué uniquement à une partie de l'anneau.

● Un élément de retenue en contact irrégulier avec le carbure

C’est pourquoi je ne considère pas les chanfreins et les rayons comme de simples détails esthétiques. Ils font partie intégrante de la conception visant à contrôler les contraintes.

Quand la qualité du carbure fait-elle réellement partie du problème ?

Les problèmes d'installation ne doivent pas servir de prétexte pour négliger la qualité des matériaux. La nuance et la microstructure du carbure restent des éléments essentiels.

Les nuances de carbure cémenté peuvent être conçues pour offrir différents niveaux de ténacité à la rupture. La teneur en liant, la taille des grains et la microstructure influencent l'équilibre entre résistance à l'usure et ténacité.

Un matériau très dur, optimisé principalement pour l'abrasion, peut se révéler moins tolérant dans une bague à paroi mince exposée à des contraintes d'ajustement ou à des impacts importants qu'un matériau plus résistant sélectionné pour cette géométrie.

Les problèmes liés aux matériaux peuvent inclure :

● Niveau de ténacité trop faible pour la conception

● Porosité

● État anormal du carbone

● Ségrégation du liant

● Fissures préexistantes

● Microfissures induites par le meulage

Ma méthode préférée consiste à inspecter les deux côtés :vérifier l'intégrité du carbure et vérifier les contraintes d'assemblage.

Partir du principe qu’il s’agit d’un « carbure défectueux » ou d’une « mauvaise installation » avant même d’avoir recueilli des preuves peut conduire à une action corrective inappropriée.

Lorsqu'un client nous signale qu'une bague en carbure s'est fissurée après son installation, l'une des premières choses que je demande, ce sont les dimensions du logement, et pas seulement un autre schéma de la bague.

En effet, le diamètre extérieur du carbure ne suffit pas à déterminer la contrainte d'ajustement. Il est également nécessaire de connaître l'alésage du logement, la tolérance, l'épaisseur de paroi, le matériau, la géométrie de l'épaulement et la méthode de montage.

Langsun Carbide fabriquebagues sur mesure en carbure de tungstèneen nuances WC-Co et WC-Ni selon les dessins du client, y compris des diamètres intérieurs et extérieurs rectifiés avec précision, des profils étagés, des rainures, des trous, des brides et des géométries de bord spécifiques à l'application.

Pour les applications à ajustement serré, fournir les dimensions du logement correspondant et la méthode d'assemblage prévue permet une analyse de faisabilité plus utile que l'envoi du seul dessin en carbure.

Si une bague se fissure à plusieurs reprises après son installation, ne vous contentez pas de la remplacer. Le logement fait partie intégrante du composant une fois l'assemblage par emboîtement serré réalisé.

Foire aux questions

Une interférence excessive peut-elle fissurer une bague en carbure de tungstène ?

Oui. Un serrage excessif peut engendrer une pression de contact élevée et des contraintes locales néfastes, notamment dans les bagues à paroi mince ou les logements déformés. L'ajustement complet doit être calculé à partir des tolérances extrêmes de la bague et du logement.

Pourquoi la bague se fissure-t-elle seulement après le démarrage de la pompe ?

L'installation peut engendrer des contraintes importantes dans le carbure ou amorcer une petite fissure. Les mouvements de l'arbre, les variations de température, les charges hydrauliques ou les contacts intermittents lors du démarrage peuvent ensuite propager cette fissure.

Un carbure plus résistant peut-il empêcher les fissures lors de l'installation ?

Une nuance plus dure peut améliorer la marge de fracture, mais elle ne peut pas corriger une surinterférence importante, un boîtier déformé, une charge ponctuelle ou une méthode d'assemblage incorrecte.

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, l'examen des dessins, l'analyse des défaillances, la faisabilité de la fabrication, les exigences dimensionnelles et le contrôle de la qualité.

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Références

1. Hyperion Matériaux et Technologies, Résistance mécanique du carbure cémentéCette ressource technique traite de la résistance à la rupture transversale, de la résistance à la compression et du comportement à la fatigue du carbure cémenté.

2. Hyperion Matériaux et Technologies, Ténacité du carbure cémentéCette ressource décrit la caractérisation de la ténacité à la rupture et la gamme de ténacité disponible dans les nuances de carbure cémenté.

3. Hyperion Materials & Technologies, Douilles et manchons en carbure de tungstèneHyperion décrit des bagues et des manchons de palier en carbure alliant une dureté élevée à une grande ténacité à la rupture pour des applications hydrodynamiques et de poussée axiale exigeantes.

4. Sumitomo Electric Industries, Rapport trimestriel du groupe SEI / Développement d'outils en carbure cémentéL'entreprise décrit un outillage en carbure cémenté ajusté par frettage pour établir une précontrainte de compression et utilise l'analyse par éléments finis pour optimiser la conception de l'ajustement.