Le siècle de la dureté : une histoire du carbure de tungstène

Des ampoules aux perceuses à roche : la découverte

L’histoire du carbure de tungstène (WC) est celle d’une nécessité industrielle qui entraîne une percée dans la science des matériaux.

L'élément tungstène

Le voyage commence au XVIIIe siècle avec la découverte de l'élément Tungstène (W) . Connu pour son incroyable densité et la point de fusion le plus élevé de tous les métaux (over $3,400^{\circ}\text{C}$), it quickly became the material of choice for filaments dans les ampoules à incandescence au début des années 1900. Le processus d’étirage de ce métal incroyablement résistant en fils fins nécessitait des matrices presque aussi dures que le diamant.

La naissance du carbure cémenté

La percée cruciale s'est produite en L'Allemagne dans les années 1920 . Les ingénieurs de la société d'ampoules électriques Osram cherchaient désespérément une alternative moins chère et plus résistante aux coûteuses matrices en diamant utilisées pour tirer le fil de tungstène. Ce besoin a conduit à l’invention de carbure cémenté (ou hardmetal) de Karl Schröter.

• L'idée : Combinez l’extrême dureté de la poudre de carbure de tungstène (WC) avec une « colle » métallique ductile— cobalt .
• Le résultat : Le premier métal dur moderne : un matériau composite offrant la résistance aux rayures de la céramique mais la ténacité et la résistance aux chocs du métal. Ce matériau révolutionnaire a rapidement remplacé le diamant dans les matrices d'emboutissage et s'est rapidement répandu dans le monde plus large de la découpe et du perçage.

La science de la force : pourquoi les toilettes sont si difficiles

Qu'est-ce qui donne au carbure de tungstène sa dureté semblable à celle du diamant ? La réponse réside dans la liaison au niveau atomique entre les atomes de tungstène et de carbone.

La structure cristalline

Le carbure de tungstène forme un réseau cristallin unique. Dans le composé (WC), les atomes de carbone s'insèrent dans les espaces situés entre les atomes de tungstène, beaucoup plus gros. La structure résultante présente des caractéristiques extrêmement solides liaisons covalentes entre le tungstène et le carbone, combiné à une forte liaisons métalliques entre les atomes de tungstène eux-mêmes.

Cette combinaison est ce qui crée les fameuses propriétés :

• Dureté extrême : Le fort, directionnel liaisons covalentes résister à la déformation et aux rayures. Il marque généralement 9 à 9,5 sur l'échelle de Mohs , juste derrière le diamant (10).
• Haute résistance et ténacité : Le métallique liant au cobalt qui maintient les particules de WC ensemble fournit le nécessaire endurance - une résistance à la rupture ou à l'éclatement sous l'impact - qui manquerait à la poudre de carbure de tungstène pure et cassante.

Les fines particules de carbure de tungstène sont dispersées dans la matrice de cobalt, créant ainsi un composite à matrice métallique c'est de loin supérieur à n'importe quel matériau unique pour les applications lourdes.

Le carbure de tungstène dans le monde moderne : transformation industrielle

L’adoption généralisée du carbure cémenté a conduit à une révolution industrielle, augmentant la productivité dans presque toutes les industries lourdes.

Efficacité dans l'usinage

Les outils en carbure de tungstène peuvent conserver une arête vive à des températures qui entraîneraient un émoussement rapide d'un outil en acier traditionnel (une propriété appelée dureté à chaud ).

• Impact : Cela permet aux fabricants d'augmenter les vitesses de coupe et les avances sur les tours et les fraiseuses. jusqu'à cinq fois plus rapide qu'avec les outils en acier rapide (HSS), réduisant considérablement le temps et les coûts de production.

Domination dans le secteur minier

Dans le secteur des ressources, les pointes en carbure de tungstène sont littéralement mâcher les matériaux les plus résistants de la planète.

• Forage de roche : Les trépans utilisés pour l'exploration pétrolière et gazière, ainsi que pour le bris de roches, sont dotés d'inserts WC. Ces morceaux peuvent durer 10 fois plus longtemps que les outils en acier, réduisant ainsi les temps d'arrêt coûteux pour la maintenance.
• Construction : Les tunneliers (TBM) s'appuient sur des disques à pointe de carbure de tungstène pour traverser les montagnes et poser de nouveaux tunnels ou infrastructures de métro.

La compétition la plus rude : WC contre Titane

Bien que souvent confondus, le carbure de tungstène et le titane remplissent des fonctions très différentes en raison de leurs propriétés fondamentales.

Bref, si vous avez besoin d'un matériau léger et résistant aux chocs (comme pour une aile d'avion ou un implant corporel), vous choisissez Titanium . Si vous avez besoin du matériau le plus dur et le plus résistant à l'abrasion pour couper ou meuler quelque chose, vous choisissez Carbure de tungstène .