De quoi est fait un foret ? Corps en acier, cobalt et carbure expliqués
Prenez un foret hélicoïdal de 3/16 de pouce sur un morceau de plaque en acier inoxydable 304 et regardez ce qui se passe. La pointe devient bleue, la fumée s'enroule et en une minute, le tranchant frotte au lieu de couper. Rien n'allait avec la perceuse, sauf ceci : au-delà d'environ 540 °C, les carbures à l'intérieur du corps en acier cessent de conserver leur dureté. Pour comprendre de quoi est fait un foret est vraiment de comprendre quel matériau de base se trouve entre vous et ce moment.
Un foret est construit à partir de quatre matériaux de base
Chaque foret est composé de deux parties : le tranchant et le corps qui le porte. L'avant-garde provient de seulement quatre familles de matériaux. Il s’agit de l’acier rapide, de l’acier rapide au cobalt, du carbure de tungstène sous forme solide ou brasée et des abrasifs diamantés. L’acier au carbone est une cinquième option, essentiellement historique, qui survit désormais principalement dans les mèches à bois bon marché.
Un foret est un outil de coupe rotatif dont le bord est en acier à outils trempé ou en carbure de tungstène, choisi de manière à ce que le bord soit plus dur que le matériau à couper et stable à la température générée par la coupe.
Cette définition explique pourquoi la sélection des matériaux suit la pièce à usiner plutôt que l'inverse. Le bois se carbonise à près de 200 °C. Les granulats de béton se situent autour de 7 sur l'échelle de Mohs. L'acier inoxydable pousse le bord au-delà de 600 °C. Chaque condition pointe vers un matériau de base différent, c'est exactement pourquoi aucun foret ne perce bien tout.
62-65 HRC pour acier rapide M2 après trempe et revenu
~1500 Dureté typique HV pour une nuance de carbure de tungstène fritté
540 °C Point approximatif où un bord M2 commence à perdre de sa dureté
La plupart des forets sont réellement fabriqués en acier rapide
Environ huit forets sur dix vendus dans le monde sont fabriqués à partir d'acier rapide, et M2 est la nuance qui effectue la majeure partie de ce travail. M2 n'est pas une marque. Il s'agit d'une classification des aciers à outils AISI, écrite sous la forme DIN 1.3343 dans les catalogues européens.
Une matière fondue M2 typique, mesurée en poids, contient :
Carbone entre 0,80 et 0,88 pour cent, qui forme les carbures durs
Chrome à 3,8 à 4,5 pour cent, pour la trempabilité et la résistance à la corrosion
Molybdène entre 4,7 et 5,2 pour cent et tungstène entre 5,9 et 6,7 pour cent, les deux éléments qui portent la dureté à chaud
Vanadium entre 1,7 et 2,0 pour cent, ce qui limite la croissance des grains pendant le traitement thermique
Le fer constitue le reste de la fonte
Après trempe et double revenu, M2 atterrit entre 62 et 65 HRC. C'est suffisamment dur pour l'acier doux, l'aluminium, le laiton, les plastiques et la plupart du bois, et suffisamment résistant pour que le foret se plie avant de se briser lorsque la perceuse s'accroche.
La finition de la surface n’y change rien. Un morceau d'oxyde noir porte une couche d'oxyde de fer de moins de dix microns d'épaisseur. Il retient le liquide de coupe et empêche les copeaux de souder sur le bord. Meulez le revêtement et l'acier en dessous est identique.
L’acier rapide tire sa dureté du traitement thermique et non de la chimie. Passez la pointe à environ 600 °C et elle se transforme en acier ordinaire. Le changement de couleur est le seul avertissement que vous recevez.
La géométrie à point de partage est la forme la plus courante que vous achèterez. Les deux arêtes de coupe principales sont meulées en quatre facettes se rencontrant à 135 degrés. Sur les plaques de moins de 10 mm, il arrête le déplacement de la pointe et nécessite moins de pression d'alimentation qu'une pointe à 118 degrés car le bord du burin est plus court.
Le cobalt est un additif et non un matériau de foret
Le cobalt n’est pas utilisé pour construire le corps d’un foret. Il s'agit d'un élément d'alliage fondu dans l'acier rapide, à raison de cinq à huit pour cent en poids. M35 en porte environ 5 pour cent et M42 en porte environ 8 pour cent, et ce sont les deux noms que vous verrez imprimés sur l'emballage.
Le cobalt ralentit le grossissement des carbures en fonction de la température. Les particules de carbure de tungstène dans une matrice en acier veulent s'agglutiner et croître, et une fois qu'elles grandissent, le bord devient mou. Le cobalt retarde ce processus et pousse la température de bord utilisable vers le haut. Le gain mesuré en dureté à chaud ressemble à peu près à ceci.
Température approximative à laquelle le tranchant commence à ramollir
Vous ne pouvez pas distinguer un morceau de cobalt d’un morceau sans cobalt en le regardant. La même usine peut finir M2, M35 et M42 avec un oxyde noir identique, à partir du même bac. À moins d'une qualité d'acier imprimée sur l'emballage, le seul signal qui reste est le prix et la durée pendant laquelle le bord survit à l'acier inoxydable.
M35 (5 pour cent de cobalt)
Coupe l'acier inoxydable 304 et l'acier doux à vitesse modérée. Moins cher par bit et choix habituel pour les travaux de maintenance et la fabrication légère.
M42 (8 pour cent de cobalt)
Tient un bord sensiblement plus longtemps dans le titane, l'Inconel et les alliages supérieurs à 35 HRC. Coûte plus cher et est suffisamment fragile pour qu'une perceuse à main puisse l'écailler en cas de rupture.
Le carbure de tungstène est fritté et non fondu
Le carbure de tungstène n'est pas du tout de l'acier. C'est la métallurgie des poudres. Les grains submicroniques de carbure de tungstène sont liés au cobalt ou au nickel et frittés à près de 1 400 °C pour former une ébauche solide. Une qualité WC-Co typique contient 6 à 12 pour cent de liant de cobalt en poids.
La dureté se situe entre 1 400 et 1 600 HV, soit environ 90 sur l'échelle HRA et bien au-delà de tout ce qu'une lime peut toucher. Cette dureté lui permet de couper des granulats de béton qui poliraient simplement un bord HSS à plat.
Il arrive sous deux formes. Le carbure monobloc signifie que l'ensemble du foret est fritté, ce qui est standard pour les micro-trous de 0,3 mm dans les circuits imprimés et pour les centres d'usinage CNC. À pointe en carbure signifie qu'un petit insert fritté est brasé sur une tige en acier, qui est la construction utilisée pour les travaux de maçonnerie et de marteau.
Les forets marteaux SDS-plus et SDS-max sont presque tous brasés. Une pointe en carbure à trois couteaux est soudée sur une tige en acier rainurée, et les trois bords tranchants répartissent l'énergie du marteau sur trois points de contact au lieu de deux, ce qui maintient le trou rond et réduit la liaison dans le béton armé.
Le brasage est le point faible de chaque mèche en carbure. Les alliages de brasage d'argent et de laiton fondent entre 600 °C et 700 °C. Une mèche de maçonnerie brille en rouge et la pointe tombe, laissant une tige en acier en parfait état sans rien au bout.
Les revêtements changent la surface, pas le substrat
Les revêtements PVD sur les forets sont constitués de films minces, généralement de 1 à 4 microns, qui disparaissent après environ 30 trous dans l'acier à des vitesses d'avance normales. Le nitrure de titane et le nitrure de titane et d'aluminium sont les deux que vous rencontrez le plus souvent, et ils agissent en réduisant la friction et en réduisant les arêtes accumulées plutôt qu'en durcissant l'acier en dessous.
Un embout M2 recouvert de titane et un embout M2 ordinaire ont la même dureté. Le revêtement modifie la façon dont le copeau glisse, et non la dureté du bord.
La couleur est ici un mauvais test, et c’est le piège dans lequel tombent la plupart des acheteurs. Un bord ambre ou doré est souvent du TiN, mais un bord bleu-gris foncé peut simplement être de l'oxyde de vapeur, et un véritable foret en acier au cobalt peut ne porter aucune couleur après une finition brillante. Lisez la qualité d'acier imprimée au lieu de la teinte.
Les mèches pour le travail du bois sont en acier au carbone ou HSS, pas en carbure
Le bois se carbonise à environ 200 °C, ce qui est loin du point où un corps en acier recuirait, de sorte qu'une mèche à bois n'a pas besoin de cobalt ou de carbure de tungstène. Il est fabriqué en acier au carbone ou en M2 ordinaire, et la géométrie assure les performances.
Un foret à bois à pointe bradée possède trois caractéristiques de travail importantes :
Les éperons extérieurs, qui marquent proprement les fibres du bois et empêchent la déchirure de la surface au niveau du bord
Le point central, qui localise le foret avant que les cannelures ne touchent la pièce
Les deux cannelures principales, qui soulèvent les déchets hors du trou plutôt que de les emballer
Retirez les éperons et les déchirures du trou. C’est pourquoi les mèches à bois sont jugées en fonction de leur mouture et non de leur teneur en alliage.
Les mèches à bois utilisent rarement un bord en carbure car le carbure est cassant. Le bois est tendre, mais un clou enfoncé suffit à rendre inutile une pointe frittée.
Comment identifier de quoi est fait un foret
La couleur rétrécit le champ, mais un fichier règle la question. Une lime 60 HRC mord dans n'importe quelle nuance d'acier rapide, qu'il s'agisse de M2, M35 ou M42, et patine sur le carbure de tungstène sans laisser de marque.
Tableau : distinguer les matériaux courants des forets à l'œil et au toucher
Ce que tu vois
Matériau le plus probable
Comment le confirmer
Métal gris uni, sans revêtement, poids normal
Acier rapide M2
Une lime mord et laisse une égratignure brillante
Finition noire ou bleu foncé
Oxyde noir sur HSS ou acier au carbone
Un dossier mord ; l'acier au carbone se raye plus facilement et s'éclaircit plus rapidement
Finition or ou ambre
Revêtement TiN, généralement supérieur à M2
La lime gratte le revêtement et expose l'acier gris en dessous
Pointe sombre et non réfléchissante visiblement plus épaisse que la tige
Pointe brasée en carbure de tungstène
La lime patine ; la pointe est beaucoup plus dure que le corps en dessous
Le bord est granuleux, comme du papier de verre fin
Abrasif diamanté électrolytique
La lime patine et le bord ressemble à des grains incrustés, pas à un bord meulé.
Le test du fichier est suffisamment fiable car il ne peut pas être trompé par un alliage. M35 et M42 sont suffisamment proches de M2 pour qu'une lime ne les sépare pas, donc sur une question cobalt seule la nuance d'acier imprimée vous donne une réponse.
Si un embout n'est pas livré avec une qualité d'acier imprimée, supposez M2. L’acier au cobalt coûte de l’argent réel, et aucune usine ne le met discrètement dans une pièce sans étiquette.
Questions fréquemment posées sur les matériaux des forets
Les forets sont-ils en acier pur ?
Non. Un foret HSS est en acier, mais l'acier rapide est un acier à outils allié dans lequel environ 15 à 18 % du poids est constitué de tungstène, de molybdène, de chrome et de vanadium. Un foret en carbure de tungstène ne contient aucun acier dans sa structure de coupe ; il s'agit de grains de carbure de tungstène frittés maintenus ensemble par un liant au cobalt.
Les forets au cobalt contiennent-ils réellement du cobalt ?
Oui, mais moins que son nom ne l’indique. Le M35 contient environ 5 pour cent de cobalt et le M42 environ 8 pour cent, le reste étant constitué de fer et de carbures. Le cobalt ne forme pas de couche distincte. Il se dissout dans la matrice et ralentit le grossissement du carbure à mesure que le bord chauffe.
Un foret en carbure de tungstène peut-il couper du métal ?
Une mèche en carbure monobloc peut être utilisée, et c'est le choix standard pour les travaux de production de fonte, d'acier trempé au-dessus de 45 HRC et d'aluminium. Une pointe en carbure brasée ne le peut pas. Cette pointe est fragile, elle s'écaille facilement lors de coupes interrompues et son joint de brasure échoue à près de 650 °C, ce qui est inférieur à la température de bord générée par une coupe d'acier.
Le revêtement doré d'un foret est-il toujours en titane ?
Non. Une teinte ambrée peut également provenir d'un traitement à l'oxyde de vapeur, et un foret en acier au cobalt peut ne présenter aucune couleur. Les films TiN ont une épaisseur de 1 à 4 microns et ne sont visibles que sous forme de changement de couleur, et non sous forme de couche distincte. Vérifiez la qualité d'acier imprimée plutôt que la teinte.
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