Qu'est-ce que le métal dur et quelles sont ses utilisations ?

Qu'est-ce que métal durUn autre nom pour le hardmetal est carbure cémenté. En tant que matériau d'ingénierie important, le métal dur a été largement utilisé dans le traitement mécanique, l'exploitation minière, l'aérospatiale et d'autres domaines en raison de son excellente dureté, de sa résistance à l'usure et de sa stabilité à haute température. Cet article examine en détail la composition, le processus de préparation, la microstructure, les propriétés mécaniques et l'application du métal dur, dans le but de fournir une référence aux chercheurs et aux techniciens en ingénierie dans des domaines connexes.

1.Introduction Le métal dur est un matériau composite composé de carbures métalliques réfractaires (tels que les carbure de tungstène WC, carbure de titane TiC, etc.) et des métaux de liaison (tels que le cobalt Co, le nickel Ni, etc.) par le biais de la métallurgie des poudres. Depuis son apparition dans les années 1920, le métal dur est rapidement devenu un point chaud de la recherche dans le domaine de la science et de l'ingénierie des matériaux en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de ses vastes perspectives d'application.

2. Composition et classification des métaux durs 

2.1 Composition Le métal dur est principalement composé de deux parties : Phase dure : généralement des carbures métalliques réfractaires tels que carbure de wolfram (WC), carbure de titane (TiC), carbure de tantale (TaC), etc. Ces carbures ont une dureté et une résistance à l'usure extrêmement élevées et constituent la principale phase porteuse du métal dur. Phase liante : généralement des métaux tels que le cobalt (Co) et le nickel (Ni). La fonction de la phase liante est de lier les particules de la phase dure entre elles et de leur conférer une certaine ténacité et une résistance aux chocs.

2.2 Classification En fonction de la différence entre la phase dure et la phase liante, les métaux durs peuvent être divisés en plusieurs catégories : Métal dur WC-Co : Il s'agit du type de métal dur le plus courant, largement utilisé dans les outils de coupe, les moules et les pièces résistantes à l'usure. Métal dur WC-TiC-Co : l'ajout de TiC améliore les performances à haute température et la résistance à l'oxydation de l'alliage, qui convient à la coupe à grande vitesse. Métal dur TiC-Ni-Mo : Avec le TiC comme phase dure et le Ni-Mo comme phase liante, il présente une dureté et une résistance à l'usure élevées et convient au traitement de haute précision.

3. Processus de préparation du métal dur 

3.1 Préparation des poudres Pour préparer le métal dur, il faut d'abord obtenir des poudres de phase dure et de phase liante de haute pureté. Les méthodes les plus courantes sont les suivantes : Méthode de carbonisation : en faisant réagir de la poudre de métal avec de la poudre de carbone à haute température pour générer du carbure. Méthode de réduction : en réduisant les oxydes métalliques pour obtenir de la poudre de métal.

3.2 Mélange et moulage Mélanger les poudres de la phase dure et de la phase liante dans une certaine proportion et les répartir uniformément par des procédés tels que le broyage à billes. La poudre mélangée est pressée et moulée pour former une ébauche de la forme souhaitée.

3.3 Frittage L'ébauche formée est frittée à haute température pour faire fondre la phase liante et mouiller les particules de la phase dure afin de former une structure d'alliage dense. Le processus de frittage a une influence décisive sur les performances finales du métal dur.

4. Microstructure du métal dur 

4.1 Distribution de la phase dure et de la phase liante La microstructure du Hardmetal est principalement composée de particules de phase dure et d'une matrice de phase liante. La taille, la forme et la distribution des particules de phase dure ont une influence importante sur les performances de l'alliage. Les fines particules de phase dure peuvent améliorer la dureté et la résistance à l'usure de l'alliage, tandis qu'une distribution uniforme contribue à améliorer la ténacité de l'alliage.

4.2 Limites de grain et limites de phase Les limites de grain et les limites de phase dans le métal dur sont des facteurs importants qui influencent ses propriétés mécaniques. La résistance du joint de grain et l'état de liaison du joint de phase déterminent directement la résistance à la rupture et à l'usure de l'alliage.

5. Propriétés mécaniques du métal dur 

5.1 Dureté La dureté du métal dur dépend principalement du type et du contenu de la phase dure. La dureté du métal dur WC-Co est généralement comprise entre HRA 88 et 94, ce qui est beaucoup plus élevé que celle de l'acier ordinaire.

5.2 Résistance à l'usure La résistance à l'usure du métal dur est l'une de ses propriétés les plus importantes. En raison de la dureté élevée de la phase dure et de la bonne ténacité de la phase de liaison, le métal dur présente une excellente résistance à l'usure dans des conditions de coupe à grande vitesse et de charge lourde. 5.3 Résistance à la flexion La résistance à la flexion du métal dur est principalement affectée par la teneur en phase de liaison et la taille des particules de la phase dure. Une teneur en phase de liaison appropriée peut améliorer la résistance à la flexion de l'alliage, mais une teneur en phase de liaison trop élevée réduira la dureté de l'alliage.

5.4 Performances à haute température Le métal dur peut conserver une dureté et une résistance élevées à haute température, ce qui le rend largement utilisé pour la découpe à haute température et le traitement à chaud.

6.Application du métal dur 

6.1 Outils de coupe Le métal dur est largement utilisé dans les outils de coupe tels que outils de tournagefraises, et forets en carbure. Par exemple, les barres en métal dur sont utilisées pour traiter les fraises et les forets. Sa grande dureté et sa résistance à l'usure lui confèrent de bonnes performances dans les conditions de coupe à grande vitesse et à forte charge.

6.2 Outils miniers Le métal dur est utilisé pour fabriquer des outils miniers tels que des trépans et des pics. Sa grande résistance à l'usure et aux chocs lui permet de bien fonctionner dans les environnements miniers difficiles.

6.3 Dies Hardmetal est utilisé pour fabriquer des matrices de frappe à froid, des matrices de tréfilage et d'autres matrices. Sa grande dureté et sa résistance à l'usure lui confèrent une longue durée de vie dans des conditions de pression et d'usure élevées.

6.4 Aérospatiale Le métal dur est utilisé pour fabriquer des composants à haute température et des pièces résistantes à l'usure dans le domaine de l'aérospatiale. Ses excellentes performances à haute température et sa résistance à l'usure lui permettent d'être performant dans des environnements extrêmes.

7. les tendances en matière de recherche et de développement du métal dur 

7.1 Nano Hardmetal Avec le développement du nanotechnologieLe nano-métal dur est devenu un point névralgique de la recherche. Le nano-métal dur a une dureté et une ténacité plus élevées et devrait être utilisé pour l'usinage ultra-précis et la micro-nano-fabrication.

7.2 Technologie des revêtements En déposant des revêtements résistants à l'usure (tels que TiN, TiAlN, etc.) sur la surface du métal dur, sa résistance à l'usure et sa durée de vie peuvent être encore améliorées. La technologie des revêtements est devenue un axe important de la recherche sur les métaux durs.

7.3 Nouvelle phase de liant L'étude de nouvelles phases de liant (telles que les alliages à base de Fe, Ni) pour améliorer la ténacité et les performances à haute température du Hardmetal est une orientation importante pour le développement futur.

8. Conclusion En tant que matériau d'ingénierie important, le métal dur occupe une place importante dans le domaine de la science et de l'ingénierie des matériaux en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de ses vastes perspectives d'application. Avec les progrès de la recherche en matière de nanotechnologie, de technologie de revêtement et de nouvelles phases de liant, les performances du métal dur seront encore améliorées et son champ d'application continuera à s'étendre.