Créé le 08.21

Introduction aux matériaux des outils de coupe TBM

La sélection des matériaux d'outils pour les outils de coupe de TBM (Tunnel Boring Machine) est principalement déterminée par les caractéristiques d'usure des strates du terrain (par exemple, « usure abrasive à haute dureté » par rapport à « usure par impact » dans la roche dure) ; la considération clé est d'équilibrer la « résistance à l'usure à haute dureté » avec la « résistance à la fracture à haute ténacité ». L'outil de coupe principal utilisé dans une TBM est le couteau à disque, et ses matériaux sont principalement classés en matériau de bague de couteau, matériau de corps de couteau, matériau de roulement et matériau de durcissement de surface, comme détaillé ci-dessous :

1. Matériau de l'anneau de coupe (composant porteur principal)

L'anneau de coupe est soumis directement à une compression à haute pression et à des impacts à haute fréquence de la roche ; par conséquent, son matériau doit posséder une dureté, une résistance à l'usure et une résistance aux chocs extrêmement élevées. Les matériaux courants comprennent :

Acier pour matrices de travail à chaud : par exemple, H13 (4Cr5MoSiV1) et ses nuances améliorées (par exemple, Cr8Mo2SiV). Avec une dureté comprise entre 55 et 60 HRC, cet acier offre une bonne ténacité et une résistance à l'usure à froid et à haute température ; il convient aux applications nécessitant une dureté moyenne et des conditions géologiques uniformes.

Acier pour matrices de travail à froid : par exemple, DC53, DJ-1, etc. Avec une dureté comprise entre 59 et 62 HRC et une résistance à l'usure exceptionnelle, cet acier convient aux applications impliquant des roches très abrasives ou des conditions de roches tendres ; sa résistance aux chocs dépasse celle des aciers pour matrices de travail à chaud conventionnels.

Acier rapide issu de la métallurgie des poudres : par exemple, SAM23. Par rapport à l'acier rapide conventionnel, il offre une résistance, une dureté, une ténacité et une résistance à l'usure supérieures, ce qui le rend adapté aux environnements géologiques complexes caractérisés par une dureté élevée et une usure sévère.

Alliage dur (carbure de tungstène, WC) : par exemple, carbure de tungstène entièrement fritté (teneur en WC > 90 %) ou une « matrice en acier allié à haute résistance + couche de renfort en carbure de tungstène ». La dureté peut atteindre HRC 60–65, offrant une résistance exceptionnelle à l'usure abrasive ; il convient aux roches extrêmement dures (par exemple, le granit) ou aux formations géologiques très abrasives.

Matériaux à performance graduée/composites : par exemple, des bagues de coupe à dureté graduée (dureté élevée en bordure combinée à une excellente ténacité du noyau) ou des matériaux coulés par centrifugation/revêtus par fusion (par exemple, acier H13 avec particules de carbure de tungstène, ou couches de carbure de tungstène appliquées par laser ou plasma en surface) ; ces matériaux composites améliorent les performances globales et conviennent aux conditions géologiques complexes ou extrêmement difficiles.

2. Matériau de la lame (structure principale)

Acier à haute résistance faiblement allié : par exemple, 40CrNiMo, 9Cr2Mo, etc. Ces aciers possèdent une excellente ténacité globale (énergie d'impact élevée) et une résistance élevée, leur permettant de résister aux impacts accidentels de couches dures intermédiaires telles que le gravier et d'empêcher la fissuration du corps de l'outil de coupe.

3. Roulements et matériaux d'étanchéité (composants auxiliaires)

Matériau du roulement : acier à roulement à haute teneur en carbone et au chrome (par exemple, GCr15), conçu pour supporter les charges radiales et axiales transmises par l'anneau de coupe ; associé à un lubrifiant haute température pour résister aux températures élevées générées par le frottement sur le disque de coupe.

Matériau d'étanchéité : caoutchouc nitrile, caoutchouc fluoré, etc., utilisé pour empêcher la poudre de roche et les impuretés de pénétrer dans le roulement, garantissant ainsi la durée de vie du roulement.

Remarque : Le matériau des outils du tunnelier doit être sélectionné en fonction des conditions géologiques spécifiques (dureté de la roche, abrasivité et charges d'impact) afin d'obtenir une efficacité d'excavation et une durée de vie des outils optimales.

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