Comportement tribologique de diamants polycristallins et de carbures cémentés WC-Co avec traitements de graduation (application aux inserts et taillants d'outils pour le forage de formations rocheuses fortement abrasives.)

摘要

La performance des inserts d outils tricône et des taillants d outils PDC commerciaux est soumise au compromis dureté/ténacité principalement régi par la proportion de cobalt et la taille des grains de carbures cémentés WC-Co et du PDC. Les traitements de graduation basés sur l imbibition de cobalt et les revêtements de nitrure de bore des carbures cémentés permettent d augmenter la résistance à l abrasion au niveau de la surface active des inserts et des taillants tout en générant une ténacité accrue au cœur des carbures cémentés. Des essais d usure à l aide d un tribomètre rotatif avec une contreface en alumine pour les inserts WC-Co et à l aide d un tour d usure avec une contreface en béton à forte teneur en silice pour les taillants ont permis d étudier leur comportement tribologique. Pour les inserts, le coefficient de frottement et les cinétiques d usure (modèle d Archard), mais aussi l évaluation de la température de contact et de l émission acoustique générée au contact, ont permis de mieux comprendre l effet des traitements réalisés sur les carbures cémentés. Pour les taillants PDC un modèle de qualité, basé sur un compromis usure/efficacité de coupe, a été développé afin de caractériser la résistance à l usure des taillants. Des analyses physicochimiques (EDX, DRX, Raman) ont permis d associer l évaluation de la résistance à l abrasion des échantillons à des mécanismes d usure en considérant les éléments constitutifs des systèmes tribologiques et la formation de troisièmes corps. Les résultats ont ainsi montré l importance de la proportion de cobalt générée dans les débits d usure sur la stabilité des débris abrasifs (alumine et silice) et ainsi sur la résistance à l usure des inserts et taillants. Les mécanismes de rupture des microstructures WC-Co et PDC sont aussi mis en avant afin d expliquer leur influence sur la résistance à l abrasion des échantillons. Enfin, des mesures de ténacité des inserts ont permis de juger de l apport des traitements d imbibition sur la résistance à la propagation de fissures des carbures cémentés WC-Co. Aussi, des essais complémentaires de chocs ont permis de montrer que les traitements améliorant la résistance à l abrasion des taillants ne se traduisent pas par la chute de leur résistance aux chocs.