Métallurgie des poudres de tungstène - Compactage

La poudre de tungstène est consolidée en un compact par deux voies principales: pressage dans des matrices rigides (pressage uniaxial) et un pressage isostatique dans des moules flexibles (compactage sous pression hydrostatique). D'autres techniques telles que le laminage en poudre, l'extrusion à froid, le compactage explosif, la coulée par barbotine, le compactage vibratoire ou le moulage par injection de métal n'ont pas acquis d'importance industrielle.              La poudre de tungstène n'est pas facile à compacter en raison de sa dureté relativement élevée et de sa déformation difficile. Néanmoins, dans la plupart des cas, le compactage est effectué sans lubrifiant pour éviter toute contamination par l'additif. Les comprimés résultants sont généralement suffisamment solides pour pouvoir être manipulés sans rupture. Pour l'usinage de la pièce, il doit être préalablement fritté.

1.1 Pressage de matrice. Le pressage des poudres dans des matrices rigides est effectué soit dans des presses mécaniques, soit hydrauliques. La pression est appliquée à partir du haut, ou du haut et du bas (presses à double action). Les poinçons et les poinçons sont faits d'acier à outils à grande vitesse ou (plus rarement) de métal dur. Les presses mécaniques (forces de pressage jusqu'à 1 MN) sont utilisées pour les petites pièces et les taux de production élevés. Ils permettent un degré de précision dimensionnelle plus élevé et sont bien adaptés à l'automatisation des processus. Les presses hydrauliques sont principalement utilisées pour des préformes simples. De grandes presses avec une force de compression de jusqu'à 30 MN (3000t) sont utilisées pour presser des plaques qui doivent être laminées en tôle. La taille et la forme du compact sont limitées par la capacité de la presse et aussi par la géométrie de la pièce.

          

En raison du frottement entre la poudre et la paroi de la matrice et la nature de la répartition de la charge à l'intérieur de la filière, la densité de pressage n'est pas la même sur tout le compact. Ceci est plus prononcé pour les pièces de grandes dimensions et pour les hauteurs de pièces importantes et peut conduire à la formation de fissures et / ou à la déformation du comprimé comprimé pendant le frittage. Les pièces grandes et critiques sont donc communément pressées isostatiquement.           

Les pressions de compactage typiques sont comprises dans la plage de 200-400 MPa (2-4 t / cm2) mais peuvent atteindre 1000 MPa (à l'aide de matrices et de poinçons de métal dur). La densité en vert (densité compacte) se situe dans la plage de 55-65% de la densité théorique (75% au maximum) et dépend de la pression appliquée, de la taille des particules, de la distribution de taille, de la forme des particules et de la taille du compact. Il existe plusieurs équations théoriques relatives à la densité verte et à la pression appliquée, mais en pratique des relations empiriques sont utilisées.           

La relation entre la granulométrie moyenne et la densité verte ainsi que la résistance à la compression des comprimés est montrée à la Fig. 5,31 pour une pression constante. Bien que la densité en vert augmente à mesure que la taille moyenne des particules varie de 1 à 9 μm, la résistance à la compression présente un maximum, entre 3 et 61 μm. Ce maximum correspond à la plage de tailles de particule préférée pour la plupart des comprimés de tungstène.           

1.2 Pressage isostatique à froid. Dans le pressage isostatique, la poudre est remplie dans des moules filexibles en caoutchouc ou en élastomères et soumise à une pression hydrostatique. La pression est généralement dans la plage de 200 à 400 MPa. Grâce à la pression uniforme, on obtient une uniformité de densité beaucoup plus élevée. Le pressage isostatique a pris beaucoup d'importance au cours des 30 dernières années, car il offre plusieurs autres avantages importants par rapport au pressage à matrice rigide:

* Pression inférieure requise pour une certaine densité verte.
            * Une plus grande résistance des compacts.
            * Plus de choix libre en dimension (rapport diamètre / longueur).
            * Les pièces avec contre-dépouilles et angles rentrants peuvent être pressées.
            * Des tubes à paroi mince peuvent être produits.
            * Très grandes pièces peuvent être compactées.

          

Un contrôle dimensionnel moins précis et un taux de production beaucoup plus faible sont les deux principaux inconvénients.           

Le pressage isostatique s'effectue par deux techniques différentes: pressage de sacs mouillés ou pressage à sec. Dans le pressage de sacs mouillés, la poudre est remplie dans des moules flexibles qui sont scellés à l'extérieur du récipient sous pression. Plusieurs moules (de même forme ou de forme différente) sont ensuite immergés dans un fluide, le plus souvent de l'eau, et la pression est appliquée isostatiquement. Le pressage des sacs humides est la technique la plus courante pour la fabrication de forgeage ou de laminage, où une densité verte uniforme et élevée est plus importante que le contrôle dimensionnel. Néanmoins, le pressage de sacs mouillés est également utilisé pour des géométries plus complexes et même des pièces de forme quasi-nette. La dimension de la pièce est limitée par la taille du récipient sous pression. Des lingots de tungstène allant jusqu'à 1000 kg sont produits par pressage de sacs mouillés.           

 Dans le pressage à sec, le moule en élastomère est fixé dans le récipient sous pression. Le moule est déposé avec de la poudre et scellé avec une plaque de recouvrement. Ensuite, la pression est appliquée entre le moule et la paroi du récipient. Après la libération de la pression, le couvercle est enlevé et la pièce enlevée. Ensuite, la procédure recommence. Les récipients à pression à la fois la plaque supérieure et inférieure sont en service, et permettent un retrait plus rapide du compact.           

Le pressage à sec est utilisé pour les formes d'échantillon, telles que les bouchons, et les taux de production élevés (production de masse). Cependant, un seul compact (avec une forme spécifique) peut être pressé à la fois.

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