Trempe de l’acier
La trempe de l’acier est un traitement thermique qui consiste à le chauffer au-dessus de la température des transformations de phases, à le maintenir à cette température pour achever toutes les transformations de phases et à le refroidir à grande vitesse.
Dans le traitement de trempe, outre le facteur de vitesse de refroidissement, les éléments d’alliage jouent également un rôle important : nickel, chrome, molybdène, silicium, tungstène, vanadium.
Ce procédé est réalisé afin d’obtenir les propriétés physico-chimiques souhaitées : haute dureté ou résistance à l’abrasion.
La température de chauffage pour la trempe est choisie en fonction de la nécessité de mettre les composants en solution.
Le refroidissement est effectué à une vitesse supérieure à la vitesse de revenu critique de l’acier concerné. Afin d’obtenir cette structure, les aciers au carbone et les aciers alliés dans lesquels le carbone dépasse 0,15 à 0,20 % sont trempés.
La teneur en carbone influence la température de revenu. L’intervalle de temps pendant lequel la pièce d’acier est soumise à la température de revenu doit être suffisamment élevé pour favoriser la dissolution complète du carbone dans l’austénite.
Fluide de refroidissement pour le revenu de l’acier
La trempe s’effectue en immergeant l’objet métallique dans différents fluides de refroidissement :
– l’eau et les solutions aqueuses contenant soit des substances actives (chlorure de sodium, hydroxyde de sodium), soit des substances réduisant la capacité de refroidissement (silicates, glycérine) ;
– les huiles végétales ou minérales ;
– des bains de sels ou de métaux en fusion, portés à une température prescrite ;
– des gaz (généralement de l’air, exceptionnellement de l’hydrogène).
L’environnement est choisi en fonction de la composition de l’acier. Il faut préciser que certains aciers ne permettent un revenu dans aucun environnement, il y a un risque de ne pas obtenir la dureté souhaitée car soit ils refroidissent trop vite, soit ils ne refroidissent pas assez vite.
Les agents de trempe de l’acier doivent répondre à deux exigences principales :
1. Favoriser la pénétration de la trempe le plus profondément possible à l’intérieur de la pièce, si possible sur toute sa section.
2. Pendant le processus de trempe, aucune contrainte interne ne doit se produire qui pourrait entraîner une déformation ou une fissuration du produit.
Types de trempe de l’acier
Trempe classique : dans un seul environnement
Elle consiste à refroidir le produit dans un seul milieu, qui peut être de l’eau, de l’huile ou encore de l’air. La pièce chauffée est immergée dans le liquide de refroidissement jusqu’à ce qu’elle refroidisse complètement.
Pour les pièces en acier au carbone de sections supérieures à 5 mm, le fluide le plus utilisé est l’eau. Tandis que, pour les pièces de section inférieure à 5 mm, ou en aciers alliés, le fluide utilisé est l’huile.
Inconvénients : contraintes thermiques (entre zones à sections différentes) structurelles (la martensite a le volume maximum).
Procédés de trempe spéciaux : pour éliminer (partiellement) les inconvénients de la trempe classique
Trempe interrompue (2 fluides : eau – huile)
Pour réduire les tensions internes, un revenu dans deux environnements est appliqué. La pièce est d’abord refroidie dans l’eau à 300-400 C, puis dans l’huile jusqu’à température ambiante.
Trempe par étapes (maintien pour égaliser la température)
Grâce à cette méthode, la pièce est rapidement refroidie dans un bain de sel avec une température légèrement supérieure (de 30 à 50 °C) à la température de transformation martensitique Ms, en maintenant cette température jusqu’à ce que la température soit uniforme dans toute la section de la pièce et refroidissement final à l’air.
La transformation martensitique se produit à vitesse lente, sous air, ce qui entraîne une forte diminution des contraintes internes dans la pièce.
Trempe isotherme (pour obtenir une structure bainitique)
L’acier est conservé dans le bain jusqu’à la fin de la transformation isotherme de l’austénite.
La température du bain de sel est généralement de 250 à 350 °C. Grâce au revenu isotherme, on obtient une structure bainitique d’une dureté de 45 à 55 HRC, en maintenant la plasticité et la ténacité à des valeurs élevées.
La durée du maintien est établie à l’aide des diagrammes de transformation isotherme de l’austénite.
Il est appliqué à certaines pièces minces en aciers alliés ou à certains aciers à outils.
Trempe superficielle
Uniquement pour l’extérieur des pièces qui devient dur et résistant ; l’intérieur reste tenace.
La trempabilité est la propriété d’un acier à être trempé en profondeur et se caractérise par deux dimensions :e trempé en profondeur et se caractérise par deux dimensions :
1. La capacité de revenu, exprimée par la dureté maximale pouvant être obtenue par revenu, dans le cas de l’alliage concerné.
2. La profondeur de revenu, qui représente la capacité du matériau à former une couche trempée, de structure martensitique ou semi-martensitique, à une certaine profondeur.
La trempabilité dépend de la composition de l’acier, de la température de chauffage pour le revenu. Et de l’environnement de revenu.
Une structure de trempe optimale est influencée à la fois par les processus appliqués, les fluides de chauffage. Et de refroidissement, ainsi que par la durée, la vitesse, la température de chauffage et la vitesse de refroidissement.
La dureté la plus élevée après revenu est obtenue par l’acier avec la plus forte teneur en carbone.
Comme l’acier trempé devient cassant, il est nécessaire d’appliquer un traitement de revenu, sinon nous avons une pièce en acier dur, mais en même temps très fragile.
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