Connaissez-vous les méthodes courantes de trempe de l’acier ?

Dans le processus de traitement thermique de l’acier, la trempe est une étape essentielle pour améliorer les propriétés clés telles que la dureté et la résistance. En chauffant l'acier à une température spécifique puis en contrôlant son refroidissement, sa structure interne peut être modifiée pour répondre aux exigences de performance de la pièce dans différentes conditions de travail. Actuellement, les méthodes de trempe couramment utilisées dans la production industrielle comprennent la trempe à un seul liquide, la trempe à deux liquides, la trempe par étapes et la trempe aus. Ci-dessous, nous discuterons de chacune de ces méthodes de trempe et de leurs caractéristiques.

 

 

1. Trempe liquide unique-

La trempe à liquide unique-est le processus de trempe le plus basique et le plus couramment utilisé, offrant l'opération la plus simple. Plus précisément, la pièce en acier est d'abord chauffée à la température de trempe spécifiée. Une fois que la température interne de la pièce est uniforme et bien-isolée, elle est ensuite placée directement dans un seul milieu de trempe et refroidie en continu à température ambiante, complétant ainsi le processus de trempe. Les milieux de trempe simples courants comprennent les solutions aqueuses, diverses huiles de trempe et l'air. La capacité de refroidissement de chaque fluide varie et le choix dépend des caractéristiques de la nuance d'acier et des exigences de la pièce à usiner.

 

Les avantages significatifs de cette méthode résident dans sa simplicité et sa commodité, ne nécessitant aucune commutation d'équipement complexe ni contrôle de paramètres, ce qui la rend adaptée à la production industrielle à grande échelle. En termes d'applicabilité, la méthode de trempe liquide unique-a certaines exigences en matière de forme de la pièce. Il est plus adapté aux pièces simples avec des formes simples, sans arêtes vives et sans changements brusques de section-. Lorsqu'elles sont refroidies dans un seul milieu, la différence de température entre l'intérieur et l'extérieur de ces pièces est relativement faible, réduisant ainsi les risques de déformation et de fissuration. Il est également adaptable à une large gamme de types d'acier, répondant aux besoins de trempe des pièces à faible trempabilité, telles que les aciers à faible-carbone et moyen-carbone, ainsi que des pièces à bonne trempabilité, telles que les aciers alliés et fortement-alliés. Il s’agit d’un processus de trempe de base fréquemment utilisé dans la production industrielle.

 

2. Deux-méthodes de trempe liquide

Contrairement à la méthode de « refroidissement en une seule fois » de la méthode de trempe à un seul-liquide, la méthode de trempe à deux-liquides utilise une approche de « refroidissement par étapes », en utilisant deux supports avec des capacités de refroidissement différentes pour obtenir un contrôle de refroidissement plus précis. Le processus consiste à chauffer la pièce en acier jusqu'à un état austénitique. Après avoir assuré une austénitisation complète, la pièce est d'abord trempée dans un milieu à haute capacité de refroidissement et rapidement refroidie à une température supérieure à la température de départ de la martensite (point Ms) (généralement autour de 300 degrés). Cette étape vise à réduire rapidement la température de surface de la pièce avant que la transformation microstructurale ne se produise, jetant ainsi les bases d’un refroidissement lent ultérieur. Ensuite, la pièce est immédiatement transférée dans un milieu de trempe ayant une capacité de refroidissement inférieure pour un refroidissement ultérieur. Cela permet à l'austénite surfondue de se transformer progressivement en martensite à une vitesse de refroidissement relativement lente, obtenant finalement la microstructure et les propriétés mécaniques souhaitées.

 

Deux combinaisons courantes de-médias de trempe liquide comprennent l'eau-huile, l'eau-air, l'huile-air, l'huile-bain de sel et le bain de sel-air. Différentes combinaisons de supports peuvent être ajustées de manière flexible en fonction du matériau de la pièce à usiner et des exigences de performances. Le principal avantage de la méthode de trempe à deux liquides est qu'elle réduit considérablement la déformation et la fissuration de la pièce. Cette combinaison « refroidissement rapide + refroidissement lent » atténue efficacement les contraintes thermiques et structurelles générées lors du processus de refroidissement. En pratique, la trempe à l'eau et le refroidissement à l'huile sont particulièrement largement utilisés. Cependant, il est important de noter que contrôler le temps de refroidissement de la pièce dans l’eau est crucial. Un refroidissement excessif ou insuffisant peut affecter la qualité de la trempe, et déterminer le temps de refroidissement optimal nécessite une pratique approfondie et des calculs précis. Ce procédé est particulièrement adapté à la trempe de pièces sensibles à la déformation et à la fissuration, telles que les aciers à outils à haute-carbone et les gros aciers faiblement-alliés, et nécessitant des performances élevées.

 

3. Méthode de trempe par étapes

La méthode de trempe par étapes est également basée sur le concept de refroidissement par étapes et est quelque peu similaire à la méthode de trempe à deux liquides discutée dans la section précédente, mais elle nécessite un contrôle de la température de refroidissement et une sélection du milieu plus sophistiqués. Le procédé consiste à tremper rapidement une pièce chauffée à un état austénitique dans un bain de sels fondus légèrement au-dessus ou en dessous du point Ms. Les propriétés de température constante du bain de sels fondus permettent à la pièce de refroidir rapidement jusqu'à une température proche du point Ms. La pièce reste ensuite dans le bain pendant un certain temps, permettant aux températures de surface et centrale de la pièce de converger progressivement, atteignant la même température que le fluide. Au cours de ce processus, aucune transformation martensitique ne se produit. Une fois la période de maintien terminée, la pièce est retirée du bain et refroidie lentement dans de l'air ou de l'huile, favorisant la transformation progressive de l'austénite surfondue en martensite.

 

En règle générale, le bain utilisé pour la trempe par étapes est un bain de nitrate, d'alcalin ou de sel à 150-260 degrés. Dans cette plage de température, la transformation martensitique se produit principalement dans l'air. Par rapport à la trempe à deux liquides, la trempe par étapes avec un milieu de trempe d'environ 200 degrés génère moins de contraintes thermiques pendant le refroidissement. De plus, les plusieurs minutes de maintien à température constante permettent à une partie de l'austénite de se transformer en martensite pendant le refroidissement à l'air, réduisant ainsi davantage les contraintes structurelles et minimisant les fissures dans la pièce. En termes d'applicabilité, la trempe par étapes légèrement au-dessus du point Ms est plus adaptée aux pièces plus petites telles que l'acier allié, l'acier au carbone et l'acier à outils. La trempe par étapes légèrement inférieure au point Ms convient aux aciers plus gros avec une trempabilité plus faible, offrant un meilleur équilibre entre trempabilité et contrôle de la déformation.

 

4. Trempe austère

Austempering est un processus de trempe avancé avec un contrôle plus strict de la température de refroidissement et du temps de maintien. Il comprend principalement la trempe bainitique et la trempe martensite. Le processus de traitement approprié peut être sélectionné en fonction de la microstructure et des performances souhaitées de la pièce.

 

Pour la trempe bainite, le procédé consiste à chauffer la pièce jusqu'à un état austénitique, puis à la tremper rapidement dans un milieu à une température dans la zone de transformation bainite à une vitesse de refroidissement supérieure à la vitesse de refroidissement critique. La pièce est ensuite maintenue à cette température pendant une période de temps suffisante pour assurer une transformation bainitique complète de l'austénite surfondue, aboutissant finalement à une structure bainitique. La trempe martensitique, quant à elle, consiste à tremper une pièce chauffée à l'état austénitique dans un bain chaud (tel qu'un bain de sel ou un bain de métal) à une température légèrement supérieure au point Ms pendant une période prolongée, permettant à l'austénite surfondue de se transformer progressivement en martensite à température constante.

 

L'avantage exceptionnel de la trempe aus est qu'elle permet d'obtenir d'excellentes propriétés mécaniques globales dans la pièce, combinant une dureté élevée avec une bonne résistance aux chocs tout en minimisant la déformation. Par conséquent, ce processus est souvent utilisé pour des outils et des moules aux formes complexes, aux exigences de déformation strictes et à la nécessité d’une dureté et d’une résistance aux chocs élevées. La trempe peut également améliorer efficacement les performances des pièces en acier au carbone avec une teneur en carbone supérieure à 0,6 %, répondant à des exigences opérationnelles spécifiques.

 

5. Résumé

En résumé, la trempe-liquide unique, la trempe à deux-liquides, la trempe par étapes et la trempe aus ont chacune leurs propres avantages uniques, adaptés aux pièces en acier de formes, de matériaux et d'exigences de performances variés. En production réelle, les conditions spécifiques de la pièce nécessitent une sélection minutieuse des méthodes de trempe et un contrôle précis des paramètres du processus pour utiliser pleinement le processus de trempe et produire des pièces en acier de haute -qualité répondant aux exigences de l'application. Bien qu'il existe de nombreuses méthodes de trempe différentes, le principe fondamental est d'obtenir la microstructure appropriée pour répondre aux performances requises, ou de modifier la méthode de trempe pour éviter la déformation et la fissuration. Un ingénieur en traitement thermique capable de maîtriser ces deux aspects clés est hautement qualifié.