Comprendre le traitement thermique : trempe, revenu, normalisation, recuit

Pour que les pièces métalliques soient performantes, un traitement thermique est souvent indispensable. Ce traitement comprend généralement trois phases : chauffage, maintien et refroidissement. Selon la vitesse de refroidissement, le moment de maintien en température et le mode de réchauffage, on obtient une trempe, un revenu, une normalisation ou un recuit. Il est important de comprendre le fonctionnement de chaque procédé et son application.

Dans de nombreuses configurations de fabrication, y compris l'usinage CNC de précision, le traitement thermique approprié garantit que les pièces répondent aux normes de dureté, de ténacité et de stabilité dimensionnelle. Richconn, par exemple, utilise une connaissance approfondie de ces processus pour fournir des pièces usinables et performantes.

Trempe : ce que cela signifie et pourquoi est-il utilisé

La trempe consiste à chauffer un métal, et plus particulièrement l'acier, au-dessus d'une température critique (Ac3 pour les aciers hypo-eutectoïdes ou Ac1 pour les aciers hyper-eutectoïdes), à le maintenir jusqu'à ce qu'il devienne austénitique, puis à le refroidir rapidement au-delà de la vitesse de refroidissement critique, en dessous de Ms (début martensitique). On obtient ainsi une structure martensitique ou bainitique. Dans les métaux non ferreux (aluminium, titane, cuivre), le refroidissement rapide à partir d'une température de mise en solution est également appelé trempe.

Le but de la trempe :

(1) Améliorer les propriétés mécaniques du métal utilisé dans la fabrication des matériaux ou des pièces. Par exemple : améliorer la dureté et la résistance à l'usure des outils, des roulements, etc., améliorer la limite d'élasticité des ressorts, améliorer les propriétés mécaniques globales des pièces d'arbre.

(2) améliorer les propriétés matérielles ou chimiques de certains aciers spéciaux. Par exemple, améliorer la résistance à la corrosion de l'acier inoxydable ou augmenter le magnétisme permanent de l'acier magnétique.

Trempe et refroidissement, en plus de la nécessité d'un choix raisonnable du milieu de trempe, mais aussi de la méthode de trempe correcte, des méthodes de trempe couramment utilisées, principalement la trempe à liquide unique, la trempe à double liquide, la trempe graduelle, la trempe isotherme, la trempe localisée, etc.

La pièce en acier après trempe présente les caractéristiques suivantes :

① martensite obtenue, bainite, austénite résiduelle et autre organisation déséquilibrée (c'est-à-dire instable).

② l’existence d’une contrainte interne importante.

③ Les propriétés mécaniques ne peuvent pas répondre aux exigences. Par conséquent, la trempe des pièces en acier doit généralement passer par le revenu

Trempe : apprivoiser la dureté et le stress

Trempe Il s'agit de réchauffer un métal préalablement trempé à une température inférieure (inférieure à la température critique) et de le maintenir à cette température avant de le refroidir. Cette étape permet d'ajuster les propriétés et de réduire les contraintes.

Les principaux objectifs de la trempe et du revenu sont :

(1) réduire les contraintes internes et réduire la fragilité, les pièces trempées présentent beaucoup de contraintes et de fragilité, comme l'absence de revenu en temps opportun produit souvent des déformations ou même des fissures.

(2) ajuster les propriétés mécaniques de la pièce, la trempe de la pièce, la dureté élevée, la fragilité, afin de répondre aux différentes exigences de performance d'une variété de pièces peuvent être ajustées par revenu, dureté, résistance, plasticité et ténacité.

(3) Stabiliser la taille de la pièce. La trempe permet de stabiliser l'organisation métallurgique afin de garantir qu'aucune déformation supplémentaire ne se produise lors de l'utilisation ultérieure du procédé.

(4) Améliorer les performances de coupe de certains aciers alliés.

Le rôle de la trempe est de :

(1) améliorer la stabilité de l'organisation, de sorte que la pièce dans l'utilisation du processus ne se produit plus dans l'organisation de la transformation, de sorte que la géométrie et les performances de la pièce maintiennent la stabilité.

② éliminer les contraintes internes afin d'améliorer les performances de la pièce et de stabiliser la géométrie de la pièce.

③ ajuster les propriétés mécaniques de l’acier pour répondre aux exigences d’utilisation.

En production, la trempe est souvent effectuée en fonction des exigences des propriétés de la pièce. Selon les différentes températures de chauffage, la trempe est divisée en trempe à basse température, trempe à température moyenne et trempe à haute température. La trempe et la trempe à haute température ultérieure sont des processus de traitement thermique combinés appelés trempe, c'est-à-dire à un degré élevé de résistance en même temps, mais aussi à une bonne ténacité plastique.

(1) Trempe à basse température : 150-250 ℃, dos M, réduit les contraintes internes et la fragilité, améliore la ténacité du plastique, la dureté élevée et la résistance à l'usure. Utilisé dans la production de jauges, d'outils de coupe et de roulements à rouleaux.

(2) Trempe à température moyenne : 350-500 ℃, dos en T, avec une élasticité élevée, un certain degré de plasticité et de dureté. Utilisé pour la fabrication de ressorts, de moules de forgeage, etc.

(3) trempe à haute température : 500-650 ℃, dos S, avec de bonnes propriétés mécaniques globales. Utilisé pour la fabrication d'engrenages, de vilebrequins, etc.

Normalisation : un traitement intermédiaire

La normalisation se situe entre la trempe et le recuit. L'acier est chauffé au-dessus de sa température critique (Ac3 + 30–50 °C), maintenu, puis refroidi à l'air. Ce refroidissement est plus rapide que le recuit, mais plus lent que la trempe.

La normalisation a les objectifs et utilisations suivants :

① sur l'acier sous-eutectique, normalisation pour éliminer la coulée, le forgeage, le soudage des pièces de l'organisation cristalline grossière surchauffée et de l'organisation de Wei, matériau laminé dans l'organisation en bandes ; raffinement du grain ; et peut être utilisé comme trempe avant le traitement de préchauffage.

② acier eutectique, la normalisation peut éliminer le réseau de carburation secondaire et rendre le raffinement de la perlite, non seulement pour améliorer les propriétés mécaniques, mais également propice au recuit sphérique ultérieur.

③ Plaque d'acier mince emboutie en profondeur à faible teneur en carbone, la normalisation peut éliminer la carburation libre des joints de grains pour améliorer ses propriétés d'emboutissage profond.

④ L'acier à faible teneur en carbone et l'acier faiblement allié à faible teneur en carbone, en utilisant la normalisation, peuvent obtenir une organisation perlitique en paillettes plus fine, de sorte que la dureté augmente à HB140-190, pour éviter le phénomène de « couteau collant » lors de la coupe, améliorer la capacité de traitement de la coupe. Pour l'acier à carbone moyen, dans les deux cas de normalisation et de recuit disponibles, la normalisation est plus économique et plus pratique.

⑤ pour l'acier de construction ordinaire à moyenne teneur en carbone, dans les propriétés mécaniques requises pour l'occasion ne sont pas élevées, peut être utilisé à la place de la trempe et du revenu à haute température, non seulement facile à utiliser, mais aussi pour rendre l'organisation de l'acier et la stabilité dimensionnelle.

⑥ La normalisation à haute température (Ac3 au-dessus de 150 à 200 ℃) en raison du taux de diffusion à haute température plus élevé peut réduire la ségrégation de la composition des pièces moulées et forgées. La normalisation à haute température après que les grains grossiers peuvent être affinés par la deuxième normalisation à basse température ultérieure.

⑦ pour certaines turbines et chaudières pour acier allié à faible et moyen carbone, utilisant souvent la normalisation pour obtenir l'organisation bainitique, puis par revenu à haute température, pour 400 ~ 550 ℃ avec une bonne résistance au fluage.

⑧ En plus des pièces en acier et de l'acier, la normalisation est également largement utilisée dans le traitement thermique de la fonte ductile, de sorte qu'elle obtient une matrice de perlite, améliorant la résistance de la fonte ductile.

En raison des caractéristiques du refroidissement par air normalisé, la température de l'air ambiant, le mode d'empilement, le flux d'air et la taille de la pièce ont un impact sur l'organisation et les propriétés après normalisation. L'organisation normalisée peut également être utilisée comme méthode de classification pour l'acier allié. Habituellement, selon le diamètre d'un échantillon de 25 mm chauffé à 900 ℃, l'organisation refroidie par air, l'acier allié est divisé en acier perlitique, acier bainitique, acier martensitique et acier austénitique.

Recuit : adoucissement, soulagement des contraintes et affinement du grain

Le recuit est un traitement plus lent et plus doux : chauffage à une température spécifique, maintien, puis refroidissement lent (souvent au four). Cela favorise la diffusion atomique, la recristallisation et l'élimination des défauts.

Le but du recuit est de:

① améliorer ou éliminer l'acier dans le processus de coulée, de forgeage, de laminage et de soudage causé par une variété de défauts d'organisation, ainsi que les contraintes résiduelles, pour éviter la déformation de la pièce, la fissuration.

② ramollir la pièce à couper.

③ affiner le grain, améliorer l'organisation pour améliorer les propriétés mécaniques de la pièce.

④ pour le traitement thermique final (trempe, revenu) pour préparer l'organisation.

Procédé de recuit couramment utilisé :

① Recuit complet. Utilisé pour affiner l'acier à moyen et bas carbone par moulage, forgeage et soudage après l'organisation surchauffée grossière des propriétés mécaniques médiocres. La pièce sera chauffée pour transformer toute la ferrite en austénite à une température supérieure à 30 ~ 50 ℃, maintenue pendant un certain temps, puis refroidie lentement avec le four, l'austénite dans le processus de refroidissement à nouveau, vous pouvez rendre l'organisation de l'acier fine.

② Recuit sphéroïdal. Utilisé pour réduire la dureté élevée de l'acier à outils et de l'acier à roulement après forgeage. La pièce sera chauffée jusqu'à ce que l'acier commence à former de l'austénite à une température supérieure à 20 ~ 40 ℃, l'isolation et le refroidissement lent, dans le processus de refroidissement de la perlite dans la carbure lamellaire en sphérique, réduisant ainsi la dureté.

③ Recuit isotherme. Utilisé pour réduire la dureté élevée de certains alliages d'acier de construction à haute teneur en nickel et en chrome pour la découpe. Généralement, le premier refroidissement de l'austénite à une vitesse plus rapide jusqu'à la température la plus instable, l'isolation pendant une période de temps appropriée, la transformation de l'austénite en tosite ou sosténite, la dureté peut être réduite.

④ Recuit de recristallisation. Utilisé pour éliminer le phénomène de durcissement des fils et des tôles métalliques lors du processus d'étirage à froid et de laminage à froid (la dureté augmente, la plasticité diminue). La température de chauffage est généralement de 50 à 150 ℃ inférieure à la température à laquelle l'acier commence à former de l'austénite, et c'est le seul moyen d'éliminer l'effet de durcissement par écrouissage afin que le métal puisse être ramolli.

⑤ Recuit de graphitisation. ⑤ Recuit de graphitisation. Il est utilisé pour transformer la fonte contenant une grande quantité de carburation en fonte malléable avec une bonne plasticité. Le processus consiste à chauffer la pièce moulée à environ 950 ℃, à l'isoler pendant une certaine période de temps après un refroidissement approprié, de sorte que la décomposition de la carburation forme un graphite floconneux.

6. Recuit par diffusion. Utilisé pour uniformiser la composition chimique des pièces moulées en alliage et améliorer leurs performances. La méthode consiste à ne pas fondre en supposant que la pièce moulée est chauffée à la température la plus élevée possible et qu'elle est conservée pendant une longue période. Une grande variété d'éléments de l'alliage ont tendance à se diffuser uniformément après un refroidissement lent.

(7) Recuit de détente. Utilisé pour éliminer les contraintes internes des pièces moulées et des soudures en acier. Pour les produits en fer et en acier qui commencent à former de l'austénite après chauffage à une température inférieure à 100 à 200 ℃, isolation et refroidissement à l'air, vous pouvez éliminer les contraintes internes.

Tableau comparatif des procédés de traitement thermique