Les plaques à surface dure ou à revêtement sont devenues commercialement viables en 1965 quand Roman F Arnoldy, le fondateur de la Red Dog™ Corporation, a inventé et breveté le procédé de soudage en vrac. Cette invention a permis de déposer économique ment un alliage de carbure de chrome résistant à l'usure contenant 4,5 % - 5 % de carbone sur une base d'acier de carbone ductile. Le raffinement et un développement continu font qu’aujourd'hui, la gamme de plaques de revêtement offert comprend des grades de chrome et de carbure de tungstène avec une résistance exceptionnelle à l'abrasion, à l'érosion et à l'impact dans un environnement ambiant ou à température élevée. Dans la majorité des environnements d'abrasion sévère, les alliages de carbure de chrome sont la solution la plus économique.
Chimie de l'Alliage
L'alliage de surface le plus couramment utilisé est un fer à chrome élevé contenant environ un tiers de chrome et plus de 4 % de carbone combiné.
Cela correspond au T200X de Red Dog avec une composition chimique de:
C 5,4 %, Mn 3,5 %, Cr 34,0 %, autres 1,3 %, reste Fe.
Cet alliage standard peut être modifié de plusieurs façons, soit pour augmenter la résistance à l'abrasion tout en réduisant la dureté, ou vice versa. Inversement, la matrice peut être durcie en réduisant le manganèse à 1 %, avec une certaine perte de dureté. Son raffinement peut être atteint par l'introduction d'autres éléments d'alliage. (voir le sommaire de la plage de plaques de Red Dog pour plus de détails).
Carbures
Le matériau qui donne aux alliages de fer de chrome leur capacité élevée à résister à l'abrasion est la formation de carbure primaire à partir d'un composé chimique de chrome, de fer et de carbone, ou carbure de fer-chrome, également appelé carbure de chrome. Le carbure de chrome pur peut être produit, mais il est prohibitif pour la protection de grande surface, donc Red Dog emploie un carbure mélangé de chrome et de fer, qui existe comme carbure primaire avec la formule M7C3, où ‘M’ indique le mélange de fer et de chrome dans le composé.
Dureté
Un alliage de revêtement typique (T200X) comprend un composé de carbures de fer de chrome dans une matrice d'un alliage de carbone de fer de chrome. La dureté du chrome de fer primaire est l'équivalent de 1700HV par rapport, par exemple, à une lime d’atelier en acier typique, qui a une dureté de 600HV. En général, la dureté de ces alliages est mesurée à l'aide d'un testeur de dureté Rockwell, qui, bien que ne mesure ni le carbure ou la matrice, fournit une indication générale acceptable de la dureté des alliages. Une valeur typique étant 54-60 HRc.
Microstructure
En plus de la chimie, la caractéristique la plus importante du revêtement d'alliage est sa microstructure.
Sous le microscope, les carbures apparaîtront sous forme de matériau blanc sur un fond sombre, la matrice. Une microstructure idéale, pour une résistance maximale à l'abrasion, contiendra un arrangement dense de carbures en forme d'aiguilles, qui, en coupe transversale, apparaissent comme hexagones minces avec un petit trou au centre.
La présence de taches de forme irrégulière ou de bandes de blanc, comme « l’arête d’un poisson », ou comme « des échelles » ayant des pôles au centre avec des barreaux de chaque côté, est une indication que la teneur en carbone n’est pas optimum pour une résistance maximale à l'abrasion, mais a une résistante à l'impact augmentée. Voir le sommaire de la plage de plaques de Red Dog pour plus de détails sur les formulations d'alliages individuels.
Des micrographies typiques de revêtements de différentes chimies sont illustrées ci-dessous.
Grossissement de 200x d’une dureté moyenne de 51.375 HRc
Analyse Chimique
| Carbone | 2,88 % | Chrome | 16,70 % |
| Manganèse | 2,03 % | Molybdène | moins de 0,5 % |
| Silicium | 0,37 % | Bore | 0,62 % |
Les carbures primaires peuvent être identifiés par leur structure cristalline. Lorsque découpés de façon perpendiculaire, ils apparaissent hexagonaux. Indépendamment de l'angle de la coupe, les carbures primaires apparaissent généralement avec une cavité noire près du centre, ont des angles vifs, sont clairement définis avec des structures sur le fond sombre de la matrice.
Cette micrographie montre un alliage de composition moins qu'optimum dans lequel il n'y a pas de structures de carbure primaire visibles. Une grande partie de la teneur en chrome est visible sous forme de taches blanches dans la matrice. Les petits carbures apparaissent sous forme de structures rondes ou d'arêtes de poisson. Cependant, le type d'alliage convient aux applications à fort impact.
Grossissement de 200x d’une dureté moyenne de 51.87 HRc
Analyse Chimique
| Carbone | 3,88 % | Chrome | 26,40 % |
| Manganèse | 2,55 % | Molybdène | moins de 0,05 % |
| Silicium | 0,51 % | Bore | moins de 0,5 % |
L'augmentation de la teneur en carbone et en chrome entraîne la formation de structures primaires de carbure, qui apparaissent sous forme hexagonale plus claires dans une matrice plus foncée.
Remarquez la cavité visible à l'intérieur de chaque carbure primaire cristallin.
Grossissement de 200x d’une dureté moyenne de 55.8 HRc
Analyse Chimique
| Carbone | 4,33 % | Chrome | 29,20 % |
| Manganèse | 3,20 % | Molybdène | moins de 0,05 % |
| Silicium | 0,43 % | Bore | moins de 0,5 % |
Cet échantillon, le premier qui se situe dans la plage de carbone souhaitable de 4 à 5 %, montre un meilleur développement du carbure primaire. Les structures sont facilement distinguées de la matrice sombre, avec une excellente vue de l'apparence des carbures primaires tranchée en travers (de plus petites formes hexagonales), longitudinalement (la forme plus longue en forme d'aiguilles, au centre), et transversalement (en haut à droite, avec le centre creux montré comme une cavité allongée). La densité des carbures dans le matériau de matrice se trouve à l'extrémité basse de la plage acceptable de 35 à 45 %.
Grossissement de 200x d’une dureté moyenne de 58,6 HRc
Analyse Chimique
| Carbone | 4,78 % | Chrome | 32,00 % |
| Manganèse | 3,34 % | Molybdène | moins de 0,05 % |
| Silicium | 0,47 % | Bore | moins de 0,5 % |
Ce micrographe montre les carbures primaires comme parfaitement définis et facilement visibles dans le matériau de la matrice sombre. Notez l'apparence allongée de la cavité centrale de chaque structure cristalline de carbure primaire quand il est tranché à un angle. La densité est bien dans la plage souhaitable de 35 à 45 %, avec la distribution égale, qui fournit d'excellentes caractéristiques d'usure.
Grossissement de 200x d’une dureté moyenne de 59,8 HRc
Analyse Chimique
| Carbone | 4,84 % | Chrome | 31,60 % |
| Manganèse | 3,09 % | Molybdène | moins de 0,5 % |
| Silicium | 0,46 % | Bore | moins de 0,5 % |
Dans cet échantillon final, les structures de carbure primaires sont à leur densité maximale, dans la plage de 35-45 %, créant un alliage avec une résistance maximale à l'usure sans friabilité excessive. Il y a encore suffisamment de matériel matriciel pour maintenir les carbures primaires en place. Les motifs de croissance cristalline à angle droit, sont aisément visibles, ainsi que les formes transversales hexagonales distinctives et les formes en aiguille dans le sens de longitudinal, chacun avec une cavité centrale.
Remarque :
Voir le sommaire de la plage de plaques de Red Dog pour plus de détails sur les formulations d'alliages individuels et son adaptabilité à des conditions de service particulières.
Apparence
L'apparence d'une plaque de revêtement ne reflète pas nécessairement sa résistance à l'usure et ce sont souvent les matériaux esthétiquement moins attrayants qui ont les meilleures propriétés mécaniques.
Lorsque la teneur en carbone du revêtement dépasse le 4 %, le revêtement devient de plus en plus visqueux et tend à être quelque peu inégal. Il peut même contenir quelques petits trous qui s'étendent jusqu'à la plaque de base. Pour la plupart des utilisations, ce manque d’onctuosité n'est pas important.
Si une finition de surface lisse est importante, par exemple lorsque le débit du matériau est critique, elles peuvent être produites à l'aide du processus de soudage à arc submergé pour déposer le.
Fissures
Une autre caractéristique de la plaque de bonne qualité est la présence de fissures de stress qui, contrairement aux premières impressions, sont en fait bénéfiques pour ce matériau. La présence de fissures dans la surface dure, à la fréquence et l'espacement corrects, permet à la plaque d'être roulée, formée et pliée sans dommage. Cette caractéristique est l'une des caractéristiques de base des brevets de plaque à surface dure de Red Dog.
Applications
L’alliage de revêtement T200X de carbure de chrome à usage général de Red Dog peut généralement fournir jusqu'à 20 fois la durée de vie de l'acier de carbone. Combiné avec sa polyvalence, c'est la raison pour laquelle la plaque T200X est devenue un grand facteur d’économie dans la fabrication de l'aluminium, l'asphalte, le ciment, le verre, les produits pétrochimiques, l'énergie, les pâtes et le papier, l'acier et les carburants synthétiques, aussi bien que dans le dragage, l'exploitation minière, le raffinage du pétrole, le traitement des aliments et des déchets, et de nombreuses applications de manutention des matériaux, comme le recyclage et le raclage de l'acier.
L'industrie sidérurgique, par exemple, exige une protection contre l'usure des trémies, des doublures de convoyeur et des barres Grizzli qui s'usent rapidement sans protection.
Dans l'exploitation minière, avec une protection dure, des composants essentiels tels que les doublures de chute, les doublures de chargeuse frontale et les coussinets d'usure perdent prématurément leur utilité en raison de l'impact de la matière siliceuse.
Les usines de transformation de déchets utilisent des produits de revêtement dans leurs dépulpeuse à eau, convoyeurs à vis et auges, doublures d'usure de section conique, doublures de presse, doublures de cuve, points de transfert, barrières à rabattement, pales de ventilateur et doublures, et systèmes d'enlèvement de cendres.
Tables de conversion de dureté pour les aciers
Réimprimé avec la permission de « Society for Automotive Engineers Inc. 1971 »
(valeurs entre parenthèses au-delà de la plage normale - pour information seulement)