Le carbure de tungstène est-il plus résistant que l'acier ? ？

Le carbure de tungstène est-il plus résistant que l'acier ? La réponse est oui. Carbure de tungstène est nettement plus résistant que tous les types d'acier. La dureté du carbure de tungstène est généralement 2 à 3 fois supérieure à celle de l'acier allié de haute qualité, et peut même atteindre 4 fois ou plus selon certaines normes de mesure. En tant que professionnel fabricant de produits en carbure de tungstèneJe vais comparer la dureté et les scénarios d'utilisation du carbure de tungstène et de l'acier en comparant leurs applications industrielles. Tout d'abord, nous pouvons expliquer en détail plusieurs aspects :

1. Comparaison directe de la dureté :

Carbure de tungstène (WC) : Sa dureté est généralement comprise entre 8,5 et 9 sur l'échelle de Mohs, et sa dureté Vickers (HV) peut atteindre 1800 HV, voire plus.

L'acier : L'acier présente une large gamme de dureté, en fonction de son type et de son traitement thermique.

Acier de construction ordinaire : Sa dureté est très faible, avec une dureté Vickers d'environ 150-250 HV.

Acier à outils/acier à matrices trempé : Il s'agit du niveau de dureté le plus élevé que l'acier puisse atteindre, avec une dureté Rockwell (HRC) d'environ 60-68. Convertie en une dureté Vickers d'environ 700-900 HV. Acier rapide (HSS) : Acier à outils haute performance d'une dureté de 64-68 HRC (environ 850-900 HV).

Conclusion : Même l'acier le plus dur (~900 HV) n'est que la moitié environ de la dureté du carbure de tungstène (~1800 HV). Le carbure de tungstène est deux à trois fois plus dur que l'acier trempé à haute teneur en carbone. Voir le diagramme à barres ci-dessous :

2. Pourquoi le carbure de tungstène est-il si dur ?

Cela commence par sa microstructure :

Acier : Principalement composé de fer (Fe), de carbone (C) et d'autres éléments d'alliage (tels que le chrome, le molybdène et le vanadium). Sa grande dureté provient principalement de la structure martensitique formée après un traitement thermique (trempe). Il s'agit d'une structure métastable dans laquelle les atomes de carbone sont sursaturés dans le réseau du fer, ce qui entraîne une distorsion du réseau, d'où une dureté extrême, mais aussi une plus grande fragilité.

Carbure de tungstène : Il s'agit d'un matériau cermet composé d'atomes de tungstène (W) et de carbone (C) liés par des liaisons covalentes extrêmement fortes. La force de ces liaisons atomiques rend sa structure cristalline extrêmement stable et dure. Les produits en "carbure de tungstène" que nous utilisons couramment (tels que les couteaux et les mèches) sont en fait un carbure cimenté formé par le frittage de particules de carbure de tungstène (qui apportent la dureté) avec un liant métallique de cobalt (Co) (qui apporte la ténacité). Même avec l'ajout de cobalt, sa dureté globale reste bien supérieure à celle de l'acier.

3. Le prix de la dureté : La ténacité (la fragilité) :

Bien que le carbure de tungstène soit extrêmement dur, il présente un inconvénient de taille : il est cassant et peu résistant.

L'acier : Il possède une excellente ténacité et peut résister à la flexion, aux chocs et à la déformation sans se briser. Vous pouvez tordre un bon couteau en acier de manière significative et il rebondira.

Carbure de tungstène : Il est très fragile et a tendance à s'écailler et à se briser plutôt qu'à se plier lorsqu'il est soumis à un impact brutal ou à une pression inadéquate. Si vous frappez une mèche en carbure de tungstène, elle risque de s'ébrécher.

C'est comme comparer le verre et le plastique : le verre (comme le carbure de tungstène) est très dur et résistant à l'usure, mais il se brise facilement en cas de chute ; le plastique (comme l'acier) est plus mou et se raye facilement, mais il est difficile à briser. Résumé et tableau comparatif

Propriété	Carbure de tungstène (métal dur)	Acier à haute résistance (par exemple, Acier à outils)
Dureté	Extrêmement élevé (1800+ HV)	Haute (700-900 HV)
Solidité	Faible (fragile, susceptible de s'écailler)	Élevé (résistant aux chocs, pliable)
Résistance à l'usure	Excellent	Bon
Résistance à la compression	Extrêmement élevé	Haut
Densité	Très élevé (~15,63 g/cm³)	Élevé (~7,85 g/cm³)
Applications primaires	Outils de coupe, forets, moules, pièces résistantes à l'usure	Lames, ressorts, engrenages, composants structurels, outils

Scénarios d'application :

Choisissez le carbure de tungstène : Lorsque vous avez besoin d'une dureté, d'une résistance à l'usure et d'une durabilité extrêmement élevées, en particulier lors de l'usinage d'autres matériaux durs (tels que l'acier, la fonte ou les matériaux composites). Voici quelques exemples :

Outils de tournage pour machines-outils, plaquettes de fraisage, forets pour l'exploitation minière, boîtiers de montre, plumes de stylo de luxe (résistantes à l'usure, ne s'effaçant pas), forets à ongles et forets dentaires.

Choisissez l'acier : Lorsque vous avez besoin d'une combinaison de propriétés - robustesse, résistance aux chocs et usinabilité - tout en conservant un certain niveau de dureté. Voici quelques exemples :

Marteaux, pieds-de-biche, ressorts, couteaux de cuisine, épées, haches, châssis d'automobiles, roulements, engrenages, arbres de transmission et armatures d'équipement.

Le carbure de tungstène peut remplacer l'acier dans les situations suivantes, ce qui permet d'augmenter la durée de vie des pièces, de réduire les coûts de production et d'améliorer la productivité.

1. Outils de coupe des métaux : Outils de tour, fraises et forets

Produits en acier remplacés : Outils en acier rapide (HSS). Exemple spécifique :

Lors de l'usinage d'acier, de fonte, d'acier inoxydable ou même d'alliages plus durs à base de nickel sur des centres d'usinage CNC, les forets ou les fraises en acier rapide peuvent s'user et s'émousser après seulement quelques dizaines de pièces.

Autre solution : Remplacer l'arête de coupe de l'outil par plaquettes en carbure de tungstène (plaquettes indexables) ou utiliser des forets/fraises en carbure monobloc.

Avantages :

Vitesse de coupe : Le carbure permet des vitesses de coupe 4 à 8 fois supérieures à celles de l'acier rapide, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.

Durée de vie : La durée de vie des outils est multipliée par des dizaines, voire des centaines de fois, ce qui réduit les changements d'outils et les temps d'arrêt.

Qualité du traitement : La précision dimensionnelle et l'état de surface sont mieux conservés.

2. Filières de tréfilage

Produit en acier remplacé : Acier à outils Matrices.

Exemple concret :

Lors de la production de fils de cuivre, d'acier et d'alliage d'aluminium, le fil est étiré de force à travers un trou appelé "filière de tréfilage" pour en réduire l'épaisseur. Ce processus entraîne une usure extrême de l'alésage interne de la filière.

Autre solution : Utiliser des filières d'étirage en carbure. L'alésage de la filière est généralement en diamant polycristallin (PCD), mais la base de la filière est presque entièrement en carbure.

Avantages :

Résistance à l'usure : Durée de vie cent fois supérieure à celle des filières en acier, garantissant la stabilité dimensionnelle et la qualité de surface du fil tréfilé.

Efficacité : Capable de supporter des vitesses d'emboutissage plus élevées et une plus grande réduction de surface.

3. Pièces et joints résistants à l'usure

Produits en acier remplacés : Pièces résistantes à l'usure en acier trempé et en acier inoxydable.

Exemple concret :

Garnitures mécaniques des pompes à sable : Utilisées pour pomper des liquides contenant des particules solides (comme le sable, le gravier et la boue). Ces fluides granuleux peuvent provoquer une érosion et une usure importantes des surfaces d'étanchéité. Les garnitures en acier ont une durée de vie très courte.

Alternative : Utiliser du carbure de tungstène (généralement YG) pour les joints dynamiques et statiques.

Avantages : Sa résistance à l'usure extrêmement élevée garantit une longue durée de vie et la fiabilité de l'étanchéité dans des conditions de fonctionnement difficiles, ce qui réduit considérablement les coûts de maintenance et les temps d'arrêt.

4. Rouleaux

Produits en acier remplacés : Rouleaux d'acier allié à haute résistance dans les laminoirs à froid. Exemple spécifique :

Dans le train de finition (bancs de préfinition et de finition) d'un laminoir à fil machine à grande vitesse, les cylindres doivent fonctionner en continu sous des contraintes et des températures élevées, ce qui entraîne une usure rapide.

Autre solution : Utiliser des rouleaux de carbure (généralement à base de carbure de tungstène).

Avantages :

Résistance à l'usure : Durée de vie plus longue que les cylindres en acier, ce qui réduit les changements de cylindres et améliore la disponibilité de l'usine.

Précision du produit : Le maintien à long terme des dimensions des rainures garantit une grande précision dimensionnelle et une qualité de surface constante du fil machine.

5. Outils d'exploitation minière : Trépans de forage

Produits en acier remplacés : Trépans en acier cémenté ou en acier allié.

Exemple concret :

Dans le cadre du forage pétrolier et gazier et de l'exploitation minière, les trépans utilisés pour le forage par percussion (tels que les trépans à fente et les trépans transversaux) entrent directement en collision avec la roche dure et s'y frottent.

Autre solution : Les trépans modernes sont dotés de dents en carbure intégrées à l'arête de coupe (généralement de type YG, qui offre une excellente résistance aux chocs). Avantages :

Sa dureté et sa résistance à l'usure lui permettent de broyer facilement la roche, alors que les trépans en acier s'useraient rapidement et tomberaient en panne. Il s'agit de l'un des exemples les plus réussis et les plus répandus de carbure cémenté remplaçant l'acier.

Résumé et limites :

Le carbure cémenté n'est pas une panacée ; son remplacement est conditionnel :

Avantages : Dureté élevée (HRA 82-94), bonne résistance à l'usure et résistance élevée à la compression.

Inconvénients : Fragilité, faible résistance à la flexion, faible ténacité et prix élevé.

Il ne peut donc pas remplacer les structures en acier qui doivent résister à des chocs importants, à des contraintes de flexion ou qui nécessitent une robustesse globale, comme les châssis d'automobiles, les carrosseries de machines et les châssis.

Structures en acier des ponts, ressorts, clés et autres outils.

Le remplacement du carbure cémenté est essentiellement un compromis entre la résistance à l'usure et la ténacité. Dans les domaines où la résistance à l'usure est primordiale, il remplace parfaitement l'acier, apportant un progrès révolutionnaire.

En résumé, le carbure de tungstène surpasse indéniablement tous les aciers en termes de dureté pure. Cependant, il n'est pas exempt de défauts ; sa fragilité limite son utilisation dans de nombreuses applications nécessitant une résistance aux chocs. Il s'agit de deux matériaux industriels importants aux propriétés complémentaires.

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