La contrainte admissible du carbure de tungstène cimenté

Carbure de tungstène cémenté est fréquemment utilisé dans la conception technique, et la compréhension de la contrainte admissible du carbure de tungstène cémenté aide les ingénieurs à sélectionner les matériaux appropriés. La contrainte admissible fait référence à la contrainte maximale qu'un matériau peut supporter sans risque à long terme ; le dépassement de cette valeur peut entraîner une déformation ou une fracture. En tant qu'alliage dur représentatif, la contrainte admissible du carbure de tungstène cémenté est influencée par la composition, la température, les techniques de traitement et d'autres facteurs. Les valeurs spécifiques nécessitent une analyse basée sur les conditions réelles.

Composé d'atomes de tungstène et de carbone, le carbure de tungstène cémenté approche la dureté du diamant naturel et présente une résistance à l'usure exceptionnelle. Ce matériau utilise souvent du cobalt comme phase liante - une teneur plus élevée en cobalt améliore la ténacité mais peut réduire la dureté et la contrainte admissible. Par exemple, le carbure de tungstène cémenté avec du cobalt 6% a généralement une résistance à la compression comprise entre 4 000 et 5 000 MPa, bien que la contrainte pratique admissible applique un facteur de sécurité, généralement 1/5 à 1/3 de la résistance à la compression.

La température a un impact significatif sur la contrainte admissible. Bien que stable à température ambiante, le carbure de tungstène cémenté se ramollit au-dessus de 500°C, entraînant une chute brutale de la contrainte admissible. Les données expérimentales montrent que la contrainte admissible diminue d'environ 8%-12% par 100°C d'augmentation de la température. Les applications à haute température nécessitent une attention particulière à la conception du système de refroidissement et à la surveillance de la température.

Les procédés de fabrication déterminent directement les performances des matériaux. Le carbure de tungstène cémenté produit par frittage à basse pression réduit la porosité de 0,5%-1% par rapport aux méthodes conventionnelles, ce qui augmente la contrainte admissible de plus de 15%. Les traitements de surface tels que les revêtements par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) forment une couche de nitrure de titane de 5 à 10 μm, ce qui augmente la contrainte admissible en surface d'environ 20% sans compromettre la ténacité globale.

La concentration des contraintes doit être prise en compte dans les applications pratiques. En raison de sa fragilité, les arêtes vives doivent être évitées dans la conception des pièces. Un fabricant d'outils a indiqué que l'augmentation du rayon de l'arête de coupe de 0,1 mm à 0,3 mm a permis de tripler la durée de vie de l'outil. Le contrôle de la précharge lors de l'assemblage est également essentiel, car une contrainte excessive peut provoquer des microfissures.

Les valeurs de contrainte admissibles varient d'une norme à l'autre. La norme ASTM B657 spécifie une plage de contraintes admissibles de 800 à 1 200 MPa pour le carbure de tungstène cémenté de qualité industrielle, tandis que la norme DIN 4990 prévoit des valeurs de 600 à 1 000 MPa pour des conditions spécifiques. Le choix doit tenir compte du scénario d'application - par exemple, des valeurs inférieures pour les charges d'impact et des valeurs moyennes à supérieures pour les charges statiques.

L'entretien a une incidence sur la durabilité des contraintes admissibles. Une inspection régulière de l'usure de surface est essentielle ; un écaillage de plus de 0,2 mm peut réduire la capacité de charge de 30%. Le choix du lubrifiant est également important : les graisses à base de particules solides peuvent être utilisées pour la lubrification. lubrifiants peut réduire les contraintes de contact de 15%-20% par rapport aux huiles standard.

L'inspection des matériaux est essentielle pour s'assurer que les contraintes sont admissibles. Les essais par ultrasons permettent de détecter des défauts internes de l'ordre de 0,1 mm et la diffraction des rayons X analyse la distribution des contraintes résiduelles. Des essais destructifs, notamment des essais de flexion et de compression à trois points, doivent être effectués par lot pour vérifier la conformité aux exigences de la conception.

Une étude de cas d'ingénierie montre que le remplacement d'un arbre d'engrenage dans une machine minière par du carbure de tungstène cémenté a augmenté la contrainte admissible de 50% par rapport à la conception d'origine, bien que cela ait nécessité des structures de support améliorées. Cette modification a permis de prolonger la durée de vie de l'équipement de 6 mois à 3 ans, ce qui démontre les avantages significatifs d'une application correcte des données relatives aux contraintes admissibles. Il convient de noter que les paramètres des matériaux ne doivent jamais être appliqués à l'aveuglette ; une analyse complète adaptée aux conditions de fonctionnement spécifiques est essentielle.