Techniques de brasage et d'assemblage pour les composants en carbure cémenté
Dans l'industrie du carbure cémenté, l'association d'une surface de travail en carbure de tungstène et d'un corps en acier est une conception très prisée. Cette approche composite optimise les coûts des matériaux tout en multipliant par 5 à 10 la durée de vie de l'outil par rapport à l'acier standard. Les concepteurs utilisent généralement des adhésifs industriels, des manchons thermorétractables ou le brasage pour fixer le carbure au substrat en acier, garantissant ainsi l'intégrité structurelle même dans des conditions d'utilisation rigoureuses.
Cependant, la mise en œuvre de cette conception économique présente d'importants défis de fabrication, principalement en raison de la forte différence de coefficient de dilatation thermique (CDT). Le carbure de tungstène a généralement un CDT de 4.5 à 7.0 × 10⁻⁶/°C, tandis que l'acier standard se dilate à un taux presque deux fois supérieur, soit environ 11 à 12 × 10⁻⁶/°C.
Bien que l'assemblage à froid (à l'aide d'adhésifs industriels) ou le rétreint thermique permettent de contourner les contraintes thermiques responsables des déformations ou des fissures, ces techniques présentent des limitations importantes. Même les adhésifs haute performance se dégradent généralement et risquent de se décoller dès que les températures de fonctionnement dépassent 150 à 200 °C. Par ailleurs, le rétreint thermique est soumis à des contraintes géométriques et se limite principalement aux matrices cylindriques.
Par conséquent, l'assemblage métallurgique, et plus particulièrement le brasage, est souvent la seule solution viable, notamment pour les applications à haute température. La difficulté du brasage augmente considérablement si la pièce est exceptionnellement longue ou mince (par exemple, d'une épaisseur inférieure à 3 mm). Pour compenser la différence de coefficient de dilatation thermique, les techniciens expérimentés mettent en œuvre un contrôle thermique rigoureux. Plutôt que d'appliquer une flamme directe sur le carbure, ce qui risque de provoquer un choc thermique, ils préchauffent le substrat en acier (souvent entre 300 °C et 400 °C). La chaleur est transmise par conduction de l'acier pour faire fondre l'alliage de brasage (généralement entre 650 °C et 850 °C), garantissant ainsi une liaison uniforme et robuste.
La configuration la plus exigeante consiste à assembler deux longues bandes rectangulaires, une opération appelée « brasage à plat ». Lors du cycle thermique, le substrat en acier génère une contrainte de traction 2 à 3 fois supérieure à celle du carbure. Sans un contrôle précis de l'opération, cette contrainte de cisaillement importante à l'interface risque de déformer, voire de rompre, la pièce rigide en carbure.
En définitive, la réussite de l'assemblage du carbure cémenté à l'acier repose sur un contrôle méticuleux de l'ensemble du cycle thermique — du préchauffage uniforme au refroidissement lent isotherme — et sur la prise de toutes les précautions (telles que l'utilisation de treillis de brasage sandwich) pour minimiser et dissiper les contraintes interfaciales résiduelles.