Résumé des principes de base du traitement thermique !

Le traitement thermique désigne un procédé thermique appliqué aux métaux, au cours duquel le matériau est chauffé, maintenu à ce niveau puis refroidi à l'état solide afin d'obtenir l'organisation et les propriétés souhaitées.

I. Traitement thermique

1. Normalisation : l'acier ou les pièces d'acier chauffées au point critique AC3 ou ACM au-dessus de la température appropriée pour être maintenues pendant une certaine période après refroidissement à l'air, afin d'obtenir l'organisation de type perlitique du processus de traitement thermique.

2. Recuit : pièce en acier eutectique chauffée à AC3 au-dessus de 20-40 degrés, après maintien pendant un certain temps, le four étant refroidi lentement (ou enfoui dans du sable ou refroidi à la chaux) à 500 degrés en dessous du refroidissement dans le processus de traitement thermique à l'air.

3. Traitement thermique de mise en solution solide : l'alliage est chauffé dans une région monophasée à haute température constante afin que la phase excédentaire soit entièrement dissoute dans une solution solide, puis refroidi rapidement pour obtenir un processus de traitement thermique de mise en solution solide sursaturée.

4. Vieillissement : Après un traitement thermique de mise en solution solide ou une déformation plastique à froid de l'alliage, lorsqu'il est placé à température ambiante ou maintenu à une température légèrement supérieure à la température ambiante, le phénomène de changement de ses propriétés avec le temps.

5. Traitement de mise en solution solide : afin que l'alliage dans diverses phases soit complètement dissous, renforce la solution solide et améliore la ténacité et la résistance à la corrosion, élimine les contraintes et le ramollissement, afin de poursuivre le moulage.

6. Traitement de vieillissement : chauffage et maintien à la température de précipitation de la phase de renforcement, afin que la phase de renforcement précipite, durcisse et améliore la résistance.

7. Trempe : austénitisation de l'acier après refroidissement à une vitesse de refroidissement appropriée, de sorte que la pièce dans la section transversale de tout ou d'une certaine plage de structure organisationnelle instable telle que la transformation martensitique du processus de traitement thermique.

8. Revenu : la pièce trempée sera chauffée au point critique AC1 en dessous de la température appropriée pendant une certaine période de temps, puis refroidie conformément aux exigences de la méthode, afin d'obtenir l'organisation et les propriétés souhaitées du processus de traitement thermique.

9. Carbonitruration de l'acier : la carbonitruration est un procédé d'infiltration simultanée de carbone et d'azote dans la couche superficielle de l'acier. La carbonitruration classique est également connue sous le nom de carbonitruration au cyanure. La carbonitruration gazeuse à moyenne température et la carbonitruration gazeuse à basse température (ou nitrocarburation gazeuse) sont plus couramment utilisées. La carbonitruration gazeuse à moyenne température vise principalement à améliorer la dureté, la résistance à l'usure et la résistance à la fatigue de l'acier. La carbonitruration gazeuse à basse température, par rapport à la nitruration, a pour principal objectif d'améliorer la résistance à l'usure et la résistance au mordançage de l'acier.

10. Traitement de revenu (trempe et revenu) : généralement, la trempe et le revenu sont effectués à haute température, combinés à un traitement thermique appelé revenu. Ce traitement est largement utilisé pour diverses pièces structurelles importantes, notamment celles soumises à des charges alternées, comme les bielles, les boulons, les engrenages et les arbres. Après le revenu, on obtient une structure sohnite revenue, dont les propriétés mécaniques sont supérieures à celles d'une structure sohnite normalisée de même dureté. La dureté dépend de la température de revenu, de la stabilité de l'acier au revenu et de la section de la pièce ; elle se situe généralement entre HB200 et HB350.

11. Brasage : le brasage consiste en un processus de traitement thermique où deux types de pièces sont chauffés, fondus et liés ensemble.

II.Tles caractéristiques du processus

Le traitement thermique des métaux est un procédé important en fabrication mécanique. Contrairement à d'autres procédés d'usinage, il ne modifie généralement ni la forme ni la composition chimique globale de la pièce, mais agit sur sa microstructure interne ou la composition chimique de sa surface afin d'en conférer ou d'en améliorer les propriétés. Il se caractérise par une amélioration de la qualité intrinsèque de la pièce, généralement invisible à l'œil nu. Pour obtenir une pièce métallique aux propriétés mécaniques, physiques et chimiques requises, le traitement thermique est souvent indispensable, outre le choix judicieux des matériaux et la maîtrise des procédés de formage. L'acier, matériau le plus utilisé dans l'industrie mécanique, possède une microstructure complexe, contrôlable par traitement thermique. Ce dernier constitue donc un élément essentiel du traitement thermique des métaux. De plus, l'aluminium, le cuivre, le magnésium, le titane et d'autres alliages peuvent également être traités thermiquement pour modifier leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques et ainsi obtenir différentes performances.

III.Tle processus

Le traitement thermique comprend généralement trois étapes : chauffage, maintien et refroidissement. Parfois, seules les étapes de chauffage et de refroidissement sont utilisées. Ces étapes sont liées entre elles et ne peuvent être interrompues.

Le chauffage est un procédé essentiel du traitement thermique. Le traitement thermique des métaux fait appel à de nombreuses méthodes, des plus anciennes utilisant le charbon de bois comme source de chaleur aux plus récentes employant des combustibles liquides et gazeux. L'utilisation de l'électricité permet un contrôle aisé du chauffage et évite toute pollution environnementale. Ces sources de chaleur peuvent être utilisées pour un chauffage direct, mais aussi par l'intermédiaire de sels fondus ou de métaux en fusion, ou encore pour un chauffage indirect de particules en suspension.

Lors du chauffage des métaux, la pièce est exposée à l'air, ce qui provoque souvent une oxydation et une décarburation (c'est-à-dire une réduction de la teneur en carbone en surface des pièces en acier). Ces phénomènes ont un impact très négatif sur les propriétés de surface des pièces traitées thermiquement. Par conséquent, le chauffage des métaux doit généralement se faire sous atmosphère contrôlée ou protectrice, par exemple dans des bains de sels fondus ou sous vide. Des revêtements ou des méthodes d'emballage sont également disponibles pour le chauffage protecteur.

La température de chauffage est un paramètre essentiel du traitement thermique. Son choix et son contrôle sont primordiaux pour garantir la qualité du traitement. La température de chauffage varie selon le matériau métallique traité et l'objectif du traitement, mais elle est généralement atteinte au-dessus de la température de transition de phase afin d'obtenir une structure à haute température. De plus, la transformation nécessite un certain temps. Ainsi, une fois la température requise atteinte en surface, la pièce doit être maintenue à cette température pendant une durée déterminée, appelée temps de maintien, afin d'assurer l'homogénéité des températures interne et externe et la transformation complète de la microstructure. Dans le cas du chauffage à haute densité d'énergie et du traitement thermique de surface, la vitesse de chauffage est extrêmement rapide et le temps de maintien est généralement inexistant. En revanche, le temps de maintien est souvent plus long pour les traitements thermiques chimiques.

Le refroidissement est une étape indispensable du traitement thermique. Les méthodes de refroidissement varient selon les procédés, principalement pour contrôler la vitesse de refroidissement. Le recuit classique présente la vitesse de refroidissement la plus lente, la normalisation est plus rapide, et la trempe encore plus rapide. Cependant, la vitesse de refroidissement peut également varier selon le type d'acier ; par exemple, un acier trempé à l'air peut être trempé à la même vitesse que normalisé.

IV.Pclassification des processus

Le traitement thermique des métaux se divise en trois grandes catégories : traitement thermique complet, traitement thermique de surface et traitement thermique chimique. Selon le fluide caloporteur, la température de chauffage et la méthode de refroidissement, chaque catégorie se décline en plusieurs procédés de traitement thermique. Un même métal, soumis à différents traitements thermiques, peut présenter des structures différentes et, par conséquent, des propriétés distinctes. Le fer et l'acier sont les métaux les plus utilisés dans l'industrie, et la microstructure de l'acier est également la plus complexe ; il existe donc une grande variété de procédés de traitement thermique pour l'acier.

Le traitement thermique global consiste à chauffer la pièce à l'échelle du métal, puis à la refroidir à une vitesse appropriée, afin d'obtenir l'organisation métallurgique requise et de modifier ainsi ses propriétés mécaniques globales. Le traitement thermique global de l'acier comprend quatre procédés de base : le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu.

Le processus signifie :

Le recuit consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, en fonction du matériau et de la taille de la pièce, pendant une durée de maintien variable, puis à la refroidir lentement. L'objectif est d'amener l'organisation interne du métal à un état d'équilibre ou à un état proche de celui-ci, afin d'obtenir de bonnes performances de traitement, ou en vue d'une trempe ultérieure pour la préparation de l'organisation.

La normalisation consiste à chauffer la pièce à la température appropriée après refroidissement à l'air. L'effet de la normalisation est similaire à celui du recuit, mais permet d'obtenir une organisation plus fine. Elle est souvent utilisée pour améliorer les performances de coupe du matériau, mais aussi parfois pour certaines pièces moins exigeantes comme traitement thermique final.

La trempe consiste à chauffer et à isoler la pièce, puis à la plonger dans de l'eau, de l'huile, des sels inorganiques, des solutions aqueuses organiques ou tout autre milieu de trempe pour un refroidissement rapide. Après trempe, les pièces en acier deviennent dures, mais aussi cassantes. Afin d'éliminer cette fragilité, il est généralement nécessaire de procéder à un revenu.

Afin de réduire la fragilité des pièces en acier, on procède à une trempe, c'est-à-dire un traitement thermique complet comprenant quatre étapes : recuit, normalisation, trempe et revenu. Ce traitement, appelé « quatre feux », inclut la trempe et le revenu, deux étapes étroitement liées et souvent réalisées conjointement. Chaque étape des « quatre feux » se distingue par sa température de chauffage et son mode de refroidissement, donnant lieu à un traitement thermique spécifique. Pour obtenir une résistance et une ténacité optimales, on combine la trempe et le revenu à haute température. Après trempe, certains alliages sont maintenus à température ambiante ou à une température légèrement supérieure pendant une durée prolongée afin d'améliorer leur dureté, leur résistance ou leurs propriétés électromagnétiques. Ce traitement thermique est appelé vieillissement.

Le traitement par déformation sous pression combine efficacement et étroitement le traitement thermique, permettant ainsi à la pièce d'obtenir une très bonne résistance et une grande ténacité grâce à une méthode connue sous le nom de traitement thermique par déformation ; le traitement thermique sous atmosphère négative ou sous vide, connu sous le nom de traitement thermique sous vide, permet non seulement d'éviter l'oxydation et la décarburation de la pièce, mais aussi de préserver l'état de surface après traitement et d'améliorer ses performances ; il permet également un traitement thermique chimique par agent osmotique.

Le traitement thermique de surface consiste à chauffer uniquement la couche superficielle d'une pièce afin d'en modifier les propriétés mécaniques. Pour chauffer uniquement la surface sans transfert excessif de chaleur à l'intérieur de la pièce, la source de chaleur doit présenter une densité d'énergie élevée, c'est-à-dire fournir une énergie thermique importante par unité de surface. Ainsi, la surface de la pièce, localement ou en profondeur, atteint des températures élevées en un temps très court, voire instantanément. Les principales méthodes de traitement thermique de surface sont la trempe à la flamme et le chauffage par induction. Les sources de chaleur couramment utilisées sont la flamme oxyacétylénique ou oxypropane, le courant d'induction, le laser et le faisceau d'électrons.

Le traitement thermique chimique est un procédé de traitement thermique des métaux qui modifie la composition chimique, l'organisation et les propriétés de la couche superficielle d'une pièce. Il se distingue du traitement thermique de surface par cette modification de la composition chimique de la couche superficielle. Le traitement thermique chimique consiste à chauffer et à isoler la pièce pendant une durée prolongée dans un milieu contenant du carbone, des sels minéraux ou d'autres éléments d'alliage (gazeux, liquide ou solide). Ce procédé permet l'infiltration de carbone, d'azote, de bore, de chrome et d'autres éléments dans la couche superficielle. Après cette infiltration, d'autres traitements thermiques tels que la trempe et le revenu peuvent être effectués. Les principales méthodes de traitement thermique chimique sont la cémentation, la nitruration et la pénétration métallique.

Le traitement thermique est une étape essentielle de la fabrication des pièces mécaniques et des moules. Il permet d'améliorer diverses propriétés de la pièce, telles que la résistance à l'usure et à la corrosion. Il contribue également à optimiser l'organisation de l'ébauche et son état de contrainte, facilitant ainsi les opérations de transformation à chaud et à froid.

Par exemple : la fonte blanche, après un long traitement de recuit, peut être transformée en fonte malléable, ce qui améliore sa plasticité ; les engrenages, grâce à un traitement thermique approprié, peuvent avoir une durée de vie bien supérieure à celle des engrenages non traités thermiquement ; de plus, l’acier au carbone bon marché, par l’infiltration de certains éléments d’alliage, acquiert les performances de certains aciers alliés coûteux et peut remplacer certains aciers réfractaires et aciers inoxydables ; les moules et matrices nécessitent presque tous un traitement thermique pour être utilisables.

moyens complémentaires

I. Types de recuit

Le recuit est un procédé de traitement thermique au cours duquel la pièce est chauffée à une température appropriée, maintenue pendant une certaine période, puis refroidie lentement.

Il existe de nombreux types de procédés de recuit de l'acier, que l'on peut diviser en deux catégories selon la température de chauffage : le recuit à une température supérieure à la température critique (Ac1 ou Ac3), également appelé recuit de recristallisation par changement de phase, incluant le recuit complet, le recuit incomplet, le recuit sphéroïdal et le recuit de diffusion (recuit d'homogénéisation), etc. ; et le recuit à une température inférieure à la température critique, incluant le recuit de recristallisation et le recuit de décompression, etc. Selon la méthode de refroidissement, on distingue le recuit isotherme et le recuit à refroidissement continu.

1. Recuit complet et recuit isotherme

Le recuit complet, également appelé recuit de recristallisation, consiste à chauffer l'acier à une température Ac3 supérieure à 20-30 °C, puis à le maintenir à ce niveau suffisamment longtemps pour obtenir une austénitisation complète après un refroidissement lent. Ce procédé permet d'atteindre une structure proche de l'équilibre thermique. Ce recuit est principalement utilisé pour les pièces moulées, forgées et laminées à chaud en acier au carbone et allié de composition sous-eutectique, et parfois aussi pour les structures soudées. Il est généralement appliqué comme traitement thermique final pour certaines pièces légères, ou comme prétraitement thermique pour d'autres.

2, recuit à billes

Le recuit sphéroïdal est principalement utilisé pour les aciers au carbone sureutectiques et les aciers à outils alliés (notamment pour la fabrication d'outils tranchants, de calibres, de moules et de matrices). Son objectif principal est de réduire la dureté, d'améliorer l'usinabilité et de préparer l'acier à une trempe ultérieure.

3. Recuit de détente

Le recuit de détente, également appelé recuit à basse température (ou revenu à haute température), est principalement utilisé pour éliminer les contraintes résiduelles des pièces moulées, forgées, soudées, laminées à chaud, étirées à froid et autres pièces en acier. Si ces contraintes ne sont pas éliminées, l'acier risque de se déformer ou de se fissurer après un certain temps, ou lors d'opérations de coupe ultérieures.

4. Le recuit incomplet consiste à chauffer l'acier à Ac1 ~ Ac3 (acier sous-eutectique) ou Ac1 ~ ACcm (acier sur-eutectique) entre le maintien de la chaleur et le refroidissement lent pour obtenir une organisation presque équilibrée du processus de traitement thermique.

II.Pour la trempe, le fluide de refroidissement le plus couramment utilisé est la saumure, l'eau et l'huile.

La trempe à l'eau salée permet d'obtenir facilement une dureté élevée et une surface lisse, en évitant la formation de points mous ou trop durs. Cependant, elle peut entraîner des déformations importantes, voire des fissures. L'utilisation d'huile comme milieu de trempe convient uniquement aux aciers alliés présentant une stabilité relativement importante de l'austénite surfondue, ou à la trempe de petites pièces en acier au carbone.

III.le but du revenu de l'acier

1. Réduire la fragilité, éliminer ou réduire les contraintes internes. La trempe de l'acier génère beaucoup de contraintes internes et de fragilité ; un revenu non effectué en temps opportun peut souvent entraîner une déformation, voire une fissuration, de l'acier.

2. Pour obtenir les propriétés mécaniques requises de la pièce, celle-ci, après trempe, présente une dureté et une fragilité élevées. Afin de répondre aux exigences des différentes propriétés d'une variété de pièces, il est possible d'ajuster la dureté par un revenu approprié pour réduire la fragilité et obtenir la ténacité et la plasticité requises.

3. Stabiliser la taille de la pièce à usiner

4. Comme le recuit est difficile à adoucir pour certains aciers alliés, la trempe (ou normalisation) est souvent utilisée après un revenu à haute température, afin que l'agrégation appropriée des carbures d'acier réduise la dureté, afin de faciliter la coupe et le traitement.

Concepts complémentaires

1. Recuit : Ce procédé consiste à chauffer des matériaux métalliques à une température appropriée, à la maintenir pendant une durée déterminée, puis à les refroidir lentement. Parmi les procédés de recuit courants, on trouve le recuit de recristallisation, le recuit de détente, le recuit de sphéroïdisation et le recuit complet. Le recuit a pour but principal de réduire la dureté des matériaux métalliques, d'améliorer leur plasticité afin de faciliter l'usinage par coupe ou par pression, de réduire les contraintes résiduelles, d'améliorer leur structure et leur homogénéisation, ou encore de préparer leur structure à un traitement thermique ultérieur.

2. Normalisation : désigne un traitement thermique consistant à chauffer l'acier à une température supérieure ou égale à son point critique (30 à 50 °C) pendant une durée appropriée, puis à le refroidir à l'air calme. La normalisation a pour but principal d'améliorer les propriétés mécaniques de l'acier à faible teneur en carbone, notamment son aptitude à la coupe et à l'usinabilité, d'affiner le grain et d'éliminer les défauts d'organisation, afin de préparer l'acier aux traitements thermiques ultérieurs.

3. Trempe : ce procédé consiste à chauffer l'acier à une température supérieure à Ac3 ou Ac1 (température inférieure au point critique), à ​​la maintenir pendant une durée déterminée, puis à le refroidir à une vitesse appropriée, afin d'obtenir une structure martensitique (ou bainitique). Les procédés de trempe courants sont la trempe en milieu unique, la trempe en milieu double, la trempe martensitique, la trempe isotherme bainitique, la trempe superficielle et la trempe localisée. L'objectif de la trempe est d'obtenir, pour les pièces en acier, la structure martensitique requise, d'améliorer leur dureté, leur résistance et leur résistance à l'abrasion, et de préparer au mieux la structure pour les traitements thermiques ultérieurs.

4. Revenu : ce procédé de traitement thermique consiste à tremper l’acier, puis à le chauffer à une température inférieure à Ac1, à la maintenir pendant une durée déterminée, puis à le refroidir à température ambiante. Les procédés de revenu courants sont : le revenu à basse température, le revenu à moyenne température, le revenu à haute température et le revenu multiple.

Objectif du revenu : principalement éliminer les contraintes produites par l’acier lors de la trempe, afin que l’acier possède une dureté et une résistance à l’usure élevées, ainsi que la plasticité et la ténacité requises.

5. Revenu : désigne le traitement thermique combiné de trempe et de revenu à haute température appliqué à l’acier. Ce traitement est utilisé pour obtenir des aciers dits « revenus ». Il s’applique généralement aux aciers de construction à moyenne teneur en carbone et aux aciers de construction alliés à moyenne teneur en carbone.

6. Cémentation : La cémentation est un procédé qui consiste à faire pénétrer les atomes de carbone dans la couche superficielle de l’acier. Elle permet également de doter une pièce en acier à faible teneur en carbone d’une couche superficielle d’acier à haute teneur en carbone. Après trempe et revenu à basse température, la couche superficielle de la pièce présente une dureté et une résistance à l’usure élevées, tandis que le cœur de la pièce conserve la ténacité et la plasticité de l’acier à faible teneur en carbone.

méthode du vide

Les opérations de chauffage et de refroidissement des pièces métalliques nécessitent une douzaine, voire des dizaines, d'étapes. Ces étapes se déroulent à l'intérieur du four de traitement thermique sous vide, hors de la portée de l'opérateur. Par conséquent, un haut degré d'automatisation du four est indispensable. De plus, certaines étapes, comme le chauffage et le maintien en fin de trempe, doivent être réalisées en six ou sept phases en moins de 15 secondes. Dans ces conditions, la réalisation rapide de nombreuses actions peut engendrer de la nervosité chez l'opérateur et entraîner des erreurs de manipulation. Seule une automatisation poussée permet une coordination précise et rapide, conformément au programme.

Le traitement thermique sous vide des pièces métalliques est réalisé dans un four sous vide fermé, où une étanchéité stricte est essentielle. Il est donc primordial de maintenir le taux de fuite d'air initial du four afin de garantir le vide de fonctionnement et, par conséquent, la qualité du traitement thermique sous vide des pièces. Un élément clé d'un four de traitement thermique sous vide est donc la fiabilité de son étanchéité. Pour garantir les performances du vide, la conception du four doit respecter un principe fondamental : l'utilisation d'un soudage étanche aux gaz pour le corps du four, la réduction au minimum des ouvertures et l'évitement des systèmes d'étanchéité dynamiques afin de minimiser les risques de fuites de vide. Les composants et accessoires installés dans le corps du four, tels que les électrodes refroidies à l'eau et le dispositif de sortie du thermocouple, doivent également être conçus de manière à assurer leur étanchéité.

La plupart des matériaux de chauffage et d'isolation ne peuvent être utilisés que sous vide. Le chauffage et le revêtement d'isolation thermique des fours de traitement thermique sous vide fonctionnent à haute température ; ces matériaux doivent donc présenter une résistance élevée à la température, de bonnes propriétés de rayonnement et une conductivité thermique élevée. Les exigences en matière de résistance à l'oxydation sont moins élevées. C'est pourquoi les fours de traitement thermique sous vide utilisent couramment le tantale, le tungstène, le molybdène et le graphite comme matériaux de chauffage et d'isolation thermique. Ces matériaux s'oxydent très facilement à l'air libre ; par conséquent, ils ne peuvent pas être utilisés dans les fours de traitement thermique classiques.

Dispositif refroidi par eau : l’enveloppe du four de traitement thermique sous vide, le couvercle du four, les éléments chauffants électriques, les électrodes refroidies par eau, la porte d’isolation thermique sous vide intermédiaire et les autres composants fonctionnent sous vide et à chaud. Dans ces conditions extrêmement défavorables, il est impératif de s’assurer que la structure de chaque composant ne se déforme pas et que le joint d’étanchéité sous vide ne surchauffe pas et ne brûle pas. Par conséquent, chaque composant doit être équipé d’un système de refroidissement par eau adapté aux différentes conditions d’utilisation afin de garantir le bon fonctionnement du four de traitement thermique sous vide et d’assurer une durée de vie suffisante.

L'utilisation d'un système basse tension/courant élevé dans une enceinte sous vide, lorsque le degré de vide atteint quelques 100 à 1 torr, provoque, sous haute tension, des décharges luminescentes. Dans un four de traitement thermique sous vide, ces décharges d'arc importantes peuvent endommager l'élément chauffant électrique et la couche isolante, entraînant des accidents et des pertes considérables. C'est pourquoi la tension de fonctionnement de l'élément chauffant électrique d'un four de traitement thermique sous vide ne dépasse généralement pas 80 à 100 volts. Par ailleurs, la conception de l'élément chauffant doit prendre des mesures efficaces, comme éviter les pointes de pièces pointues et veiller à ce que l'espacement entre les électrodes ne soit pas trop faible, afin de prévenir la formation de décharges luminescentes ou d'arcs électriques.

Trempe

En fonction des différentes exigences de performance de la pièce, et en fonction de ses différentes températures de revenu, on peut distinguer les types de revenu suivants :

(a) revenu à basse température (150-250 degrés)

Le revenu à basse température de la structure résultante de la martensite revenue vise à maintenir la dureté et la résistance à l'usure élevées de l'acier trempé tout en réduisant les contraintes internes et la fragilité dues à la trempe, afin d'éviter l'écaillage ou les dommages prématurés en cours d'utilisation. Il est principalement utilisé pour divers outils de coupe à haute teneur en carbone, calibres, matrices étirées à froid, roulements et pièces cémentées, etc. Après revenu, la dureté est généralement de 58 à 64 HRC.

(ii) trempe à température moyenne (250-500 degrés)

Procédé de revenu à température moyenne pour corps en quartz trempé. Son but est d'obtenir une limite d'élasticité et une ténacité élevées. Il est donc principalement utilisé pour la fabrication de ressorts et le traitement de moules à chaud. La dureté de revenu est généralement de 35 à 50 HRC.

(C) revenu à haute température (500-650 degrés)

Le revenu à haute température est un traitement thermique appliqué à l'acier sohnite. Ce traitement combine la trempe classique et le revenu à haute température. Son objectif est d'améliorer les propriétés mécaniques globales de l'acier sohnite, notamment sa résistance, sa dureté, sa plasticité et sa ténacité. Il est ainsi largement utilisé dans l'automobile, les tracteurs, les machines-outils et d'autres pièces structurelles importantes, telles que les bielles, les boulons, les engrenages et les arbres. La dureté après revenu est généralement comprise entre HB200 et HB330.

Prévention des déformations

Les causes de déformation des moules complexes de précision sont souvent complexes, mais la maîtrise de leur loi de déformation, l'analyse de leurs causes et l'utilisation de différentes méthodes de prévention permettent de réduire, voire de contrôler, la déformation du moule. De manière générale, le traitement thermique des moules complexes de précision peut recourir aux méthodes de prévention suivantes.

(1) Sélection raisonnable des matériaux. Les moules complexes de précision doivent être fabriqués en acier à moules à bonne microdéformation (tel que l'acier trempé à l'air), les aciers à moules présentant une ségrégation importante de carbures doivent être traités thermiquement par forgeage et revenu de manière raisonnable, les aciers à moules plus grands et ne pouvant être forgés peuvent être traités thermiquement par double raffinement en solution solide.

(2) La conception de la structure du moule doit être raisonnable, l'épaisseur ne doit pas être trop disparate, la forme doit être symétrique, pour la déformation du moule plus grand, maîtriser la loi de déformation, réserver une marge de traitement, pour les moules grands, précis et complexes peuvent être utilisés dans une combinaison de structures.

(3) Les moules de précision et complexes doivent subir un prétraitement thermique pour éliminer les contraintes résiduelles générées lors du processus d'usinage.

(4) Choix raisonnable de la température de chauffage, contrôle de la vitesse de chauffage, pour les moules complexes de précision, il est possible d'utiliser un chauffage lent, un préchauffage et d'autres méthodes de chauffage équilibrées pour réduire la déformation du traitement thermique du moule.

(5) Sous réserve d'assurer la dureté du moule, essayez d'utiliser un processus de pré-refroidissement, de trempe par refroidissement progressif ou de trempe thermique.

(6) Pour les moules de précision et complexes, dans la mesure du possible, essayez d'utiliser un traitement de trempe par chauffage sous vide et un traitement de refroidissement profond après trempe.

(7) Pour certains moules de précision et complexes, on peut utiliser un prétraitement thermique, un traitement thermique de vieillissement, un traitement thermique de nitruration pour contrôler la précision du moule.

(8) Lors de la réparation des trous de sable de moule, de la porosité, de l'usure et d'autres défauts, l'utilisation d'une machine à souder à froid et d'autres équipements de réparation à impact thermique permet d'éviter la déformation pendant le processus de réparation.

De plus, le bon déroulement du processus de traitement thermique (comme le bouchage des trous, la fixation des trous, la fixation mécanique, les méthodes de chauffage appropriées, le choix correct de la direction de refroidissement du moule et de la direction de déplacement dans le milieu de refroidissement, etc.) et un processus de traitement thermique de revenu raisonnable sont également des mesures efficaces pour réduire la déformation des moules de précision et complexes.

Le traitement thermique de trempe et de revenu superficiel est généralement réalisé par chauffage par induction ou par flamme. Les principaux paramètres techniques sont la dureté superficielle, la dureté locale et la profondeur de la couche durcie. On peut utiliser un duromètre Vickers, un duromètre Rockwell ou un duromètre Rockwell de surface pour les essais de dureté. Le choix de la force d'essai (échelle) dépend de la profondeur de la couche durcie et de la dureté superficielle de la pièce. Trois types de duromètres sont utilisés.

Tout d'abord, le duromètre Vickers est un outil essentiel pour contrôler la dureté superficielle des pièces ayant subi un traitement thermique. Il permet de régler la force d'essai entre 0,5 et 100 kg, de mesurer des couches durcies superficielles d'une épaisseur minimale de 0,05 mm et offre une précision optimale. Il est capable de détecter de faibles variations de dureté superficielle. De plus, la profondeur de la couche durcie effective doit également être mesurée à l'aide du duromètre Vickers. Par conséquent, pour les opérations de traitement thermique de surface ou la production en série de pièces ayant subi un tel traitement, l'utilisation d'un duromètre Vickers est indispensable.

Deuxièmement, le duromètre Rockwell de surface est parfaitement adapté au contrôle de la dureté des pièces traitées thermiquement en surface. Il propose trois échelles de mesure et permet de tester la profondeur de trempe effective supérieure à 0,1 mm sur diverses pièces. Bien que sa précision soit inférieure à celle d'un duromètre Vickers, il répond aux exigences en tant qu'outil de contrôle qualité et d'inspection pour les ateliers de traitement thermique. De plus, sa simplicité d'utilisation, son faible coût et sa rapidité de mesure permettent une lecture directe de la dureté et d'autres caractéristiques. Le duromètre Rockwell de surface permet ainsi un contrôle rapide et non destructif, pièce par pièce, sur un lot de pièces traitées thermiquement en surface. Ceci est particulièrement important pour les entreprises de transformation des métaux et de construction mécanique.

Troisièmement, lorsque la couche durcie par traitement thermique de surface est plus épaisse, on peut également utiliser un duromètre Rockwell. Pour une épaisseur de couche durcie comprise entre 0,4 et 0,8 mm, on peut utiliser l'échelle HRA ; pour une épaisseur supérieure à 0,8 mm, on peut utiliser l'échelle HRC.

Les valeurs de dureté Vickers, Rockwell et Rockwell de surface peuvent être facilement converties entre elles, selon les normes, les dessins ou les besoins de l'utilisateur. Les tables de conversion correspondantes sont disponibles dans les normes internationales ISO, américaines ASTM et chinoises GB/T.

Durcissement localisé

Pour les pièces dont les exigences de dureté locale sont élevées, un traitement thermique par induction ou par trempe locale peut être réalisé. Il est généralement nécessaire d'indiquer sur les plans l'emplacement du traitement de trempe et la valeur de dureté locale. Les essais de dureté doivent être effectués dans la zone désignée. On peut utiliser un duromètre Rockwell pour mesurer la dureté HRC. Si la couche durcie par traitement thermique est superficielle, on peut utiliser un duromètre Rockwell de surface pour mesurer la dureté HRN.

traitement thermique chimique

Le traitement thermique chimique consiste à imprégner la surface d'une pièce avec un ou plusieurs éléments chimiques, modifiant ainsi sa composition chimique, son organisation et ses propriétés. Après trempe et revenu à basse température, la surface de la pièce présente une dureté, une résistance à l'usure et une résistance à la fatigue de contact élevées, tandis que le cœur de la pièce possède une ténacité élevée.

D'après ce qui précède, la détection et l'enregistrement de la température lors du traitement thermique sont essentiels, un contrôle insuffisant ayant un impact considérable sur le produit. Par conséquent, la détection et le suivi de la température tout au long du processus sont primordiaux. Il est donc impératif d'enregistrer les variations de température pendant le traitement thermique, ce qui facilitera l'analyse ultérieure des données et permettra d'identifier les moments où la température s'écarte des exigences. Ceci contribuera grandement à l'amélioration des traitements thermiques futurs.

procédures opérationnelles

1. Nettoyez le site d'opération, vérifiez si l'alimentation électrique, les instruments de mesure et les différents interrupteurs sont normaux, et si la source d'eau est régulière.

2. Les opérateurs doivent porter un bon équipement de protection individuelle (EPI) pour le travail, sinon cela sera dangereux.

3. Ouvrez le commutateur de transfert universel de puissance de commande, conformément aux exigences techniques des sections graduées de l'équipement en matière de montée et de descente de température, afin de prolonger la durée de vie de l'équipement et de préserver son intégrité.

4. En prêtant attention à la température du four de traitement thermique et à la régulation de la vitesse du tapis roulant, il est possible de maîtriser les normes de température requises pour différents matériaux, afin de garantir la dureté de la pièce, la rectitude de la surface et la couche d'oxydation, et de faire un travail de sécurité rigoureux.

5. Veillez à contrôler la température du four de revenu et la vitesse du tapis roulant, ouvrez l'arrivée d'air d'échappement, afin que la pièce après revenu réponde aux exigences de qualité.

6. Dans le travail, il faut s'en tenir au poste.

7, configurer le matériel d’incendie nécessaire et connaître les méthodes d’utilisation et d’entretien.

8. Lors de l'arrêt de la machine, il convient de vérifier que tous les interrupteurs de commande sont en position d'arrêt, puis de fermer l'interrupteur de transfert universel.

Surchauffe

L'examen de la microstructure des roulements à rouleaux après trempe révèle des signes de surchauffe. Pour déterminer le degré exact de surchauffe, il est nécessaire d'observer la microstructure. Si, dans l'acier GCr15 trempé, on observe de la martensite aciculaire grossière, il s'agit d'une surchauffe. La formation de cette structure peut être due à une température de trempe trop élevée ou à une durée de chauffage et de maintien trop longue, entraînant une surchauffe généralisée. Elle peut également être due à une structure initiale de carbures en bandes importante, formant localement des aiguilles de martensite épaisses dans les zones pauvres en carbone situées entre les bandes, ce qui provoque une surchauffe localisée. La teneur en austénite résiduelle augmente dans la structure surchauffée, et la stabilité dimensionnelle diminue. La surchauffe de la structure trempée entraîne une granulométrie grossière de l'acier, ce qui réduit la ténacité des pièces, leur résistance aux chocs et la durée de vie du roulement. Une surchauffe sévère peut même provoquer des fissures de trempe.

sous-chauffe

Une température de trempe basse ou un refroidissement insuffisant entraîneront une organisation de torrhénite supérieure à la normale dans la microstructure, appelée organisation de sous-chauffage, ce qui provoque une chute de dureté et une réduction importante de la résistance à l'usure, affectant ainsi la durée de vie des roulements à rouleaux.

Fissures de trempe

Lors du processus de trempe et de refroidissement des roulements à rouleaux, des fissures, appelées fissures de trempe, se forment sous l'effet de contraintes internes. Ces fissures peuvent être causées par : une température de trempe trop élevée ou un refroidissement trop rapide, entraînant des contraintes thermiques et une variation de volume de la masse métallique supérieures à la résistance à la rupture de l'acier ; des défauts de surface (fissures ou rayures) ou des défauts internes (laitier, inclusions non métalliques importantes, points blancs, résidus de retrait, etc.) provoquant une concentration de contraintes lors de la trempe ; une décarburation superficielle importante et une ségrégation des carbures ; un revenu insuffisant ou tardif après la trempe ; des contraintes de poinçonnage à froid trop importantes dues à un processus antérieur, des plis de forgeage, des passes de tournage profondes, des rainures de lubrification aux arêtes vives, etc. En résumé, les fissures de trempe peuvent être causées par un ou plusieurs des facteurs mentionnés ci-dessus, la présence de contraintes internes étant la principale cause de leur formation. Les fissures de trempe sont profondes et fines, avec une cassure rectiligne et sans oxydation en surface. Elles se présentent souvent sous forme de fissures longitudinales planes ou annulaires sur la collerette du palier ; sur les billes d'acier, elles peuvent avoir une forme en S, en T ou annulaire. L'absence de décarburation de part et d'autre de la fissure est une caractéristique bien distincte des fissures de forgeage et des fissures de matériau.

Déformation due au traitement thermique

Lors du traitement thermique des pièces de roulement NACHI, des contraintes thermiques et structurelles apparaissent. Ces contraintes internes peuvent se superposer ou se compenser partiellement, ce qui rend le processus complexe et variable. En effet, elles dépendent de la température et de la vitesse de chauffage, du mode et de la vitesse de refroidissement, ainsi que de la forme et des dimensions des pièces. De ce fait, une déformation lors du traitement thermique est inévitable. La maîtrise de ces déformations permet de les limiter (par exemple, l'ovalisation de la collerette, l'augmentation de dimension, etc.) et d'optimiser la production. Bien entendu, les chocs mécaniques induits par le traitement thermique peuvent également engendrer des déformations, mais celles-ci peuvent être exploitées pour réduire, voire éviter, ces déformations.

décarburation de surface

Lors du traitement thermique des roulements d'accessoires à rouleaux, si le chauffage a lieu dans un milieu oxydant, la surface s'oxyde, réduisant ainsi la fraction massique de carbone et provoquant une décarburation superficielle. Si la profondeur de la couche décarburée dépasse la quantité de carbone résiduelle requise pour l'usinage final, les pièces sont mises au rebut. La profondeur de cette couche peut être déterminée par examen métallographique, notamment par la méthode de microdureté. La courbe de distribution de la microdureté de la couche superficielle, obtenue par la méthode de mesure, peut servir de critère d'évaluation.

Point faible

En raison d'un chauffage insuffisant, d'un refroidissement inadéquat et d'une trempe incomplète due à une dureté superficielle inadéquate des pièces de roulement, un phénomène connu sous le nom de zone molle de trempe se produit. Ce phénomène, comparable à une décarburation superficielle, peut entraîner une forte diminution de la résistance à l'usure et à la fatigue.