Traitements de cémentation et de durcissement de surface des tiges de forage : procédés, performances et guide ionique
Les tiges de forage pour foreuses de roches sont principalement classées en deux types selon leurs procédés de renforcement de surface : le traitement de cémentation et le traitement de durcissement superficiel. Ces deux approches diffèrent considérablement par leurs méthodes de traitement et leurs caractéristiques de performance.
I. Différences dans les procédés de traitement thermique
• Traitement de cémentation : Ce procédé est généralement réalisé dans un four à ciel ouvert sous une atmosphère riche en carbone. La tige de forage est exposée à des paramètres de température et de durée spécifiques, permettant à sa surface, y compris le corps extérieur de la tige et les parois intérieures des trous d'eau, d'absorber les atomes de carbone, formant ainsi une couche de carbure très dure et résistante à l'usure. Cette étape est suivie d'une trempe et d'un revenu refroidis à l'air. La tige de forage obtenue atteint une dureté superficielle de 58 à 60 HRC, tandis que le noyau conserve une dureté relativement plus faible (environ 43 HRC), offrant ainsi une résistance superficielle exceptionnelle à l'usure et une forte ténacité du noyau.
Traitement de durcissement superficiel : Cette méthode utilise principalement un chauffage par induction haute fréquence pour chauffer rapidement et localement la surface de la tige de forage, suivi d'une trempe et d'un revenu. L'objectif est de créer directement une couche durcie en surface, similaire à celle obtenue par cémentation, pour atteindre un HRC de 58-60. Les zones de connexion filetées, sensibles aux concentrations de contraintes et nécessitant une résistance accrue, subissent souvent des traitements thermiques spécifiques supplémentaires, tels qu'une trempe secondaire haute fréquence ou un revenu par induction, afin d'optimiser les performances dans ces zones critiques.
II. Différences dans les caractéristiques de performance
• Dureté : Les tiges de forage trempées en surface sont généralement considérées comme offrant une ténacité globale supérieure à celle des tiges cémentées. Cet avantage provient du fait que le matériau du noyau évite le processus de cémentation, ce qui préserve une plus grande plasticité.
• Durée de vie en fatigue et résistance à l'usure : Cependant, les tiges de forage à durcissement superficiel ont généralement une durée de vie en fatigue plus courte que les versions cémentées. En revanche, les tiges de forage cémentées bénéficient d'une forte adhérence entre la couche cémentée et le matériau de base, ainsi que d'une couche durcie plus profonde, ce qui améliore la résistance à l'usure et à la fatigue. Cela dit, le processus de cémentation, notamment pour le contrôle de la profondeur de la couche et de la concentration en carbone, et la trempe par refroidissement à l'air qui l'accompagne, exigent une gestion précise des paramètres, car toute variation peut compromettre la qualité du produit final.
III. Scénarios applicables
• Grâce à leur ténacité accrue, les tiges de forage à surface durcie sont mieux adaptées au forage dans les formations rocheuses stratifiées ou les zones présentant des fractures importantes. Dans ces environnements rocheux instables et à fort impact, leur ténacité supérieure permet de résister aux chocs et de minimiser le risque de ruptures fragiles.
• Les tiges de forage cémentées, grâce à leurs excellentes propriétés de résistance à l'usure et à la fatigue, excellent dans les applications de forage en trous profonds (profondeurs supérieures à 20 mètres, par exemple). Associées à des tiges cémentées en acier creux (MF) et à des forets à bouton à guidage élevé facilitant leur rétraction, elles minimisent efficacement la déviation du trou, prolongent la durée de vie de l'ensemble de forage et réduisent les coûts d'exploitation pour les travaux en trous profonds.
