Guide des Traitements Thermiques et de la Trempe de l'Acier

Facteurs influençant la trempe de l'acier

Plusieurs facteurs influent sur la réalisation d'une bonne trempe, tels que : le type d'acier, l'état de sa structure, la conductivité thermique, la taille des pièces et le liquide de refroidissement.
L'état de la structure, qui doit être maintenue à la température de revenu, est un autre facteur qui influe sur la vitesse critique, car un grain de plus grande taille ralentit la transformation de l'austénite si elle est inférieure à cette vitesse.
Il est donc important de maîtriser ces facteurs pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées de la structure d'acier.

La trempabilité de l'acier

Un acier en métallurgie se différencie par la facilité plus ou moins grande avec laquelle s'effectue la pénétration des traitements, et cela n'a rien à voir avec sa ténacité.
Il existe des méthodes pour mesurer les caractéristiques de la trempabilité de l'acier, comme l'observation de la fracture d'impact, qui est attestée par la profondeur de durcissement.
En colorant l'échantillon, on observe les deux structures par une attaque acide, l'étude de la variation de la dureté étant la méthode la plus précise.

L'essai Jominy

Ce test, adopté par l'AISI, la SAE et l'ASTM, détermine des caractéristiques importantes, en particulier à une époque exigeant de la précision dans la fixation des limites entre les différentes propriétés des aciers standards.
Cet article fournit des informations sur la dureté maximale et minimale pour un certain type d'acier avec des traitements appropriés, la trempabilité, les résultats possibles avec différents agents de refroidissement, etc.
Jominy a découvert une dépendance quasi directe entre les propriétés mécaniques de traction et la dureté de l'acier.

Moyens de refroidissement pour la trempe

Les milieux de refroidissement utilisés pour la trempe sont principalement l'eau et l'huile.

• Eau : En raison de son bas point d'ébullition, elle prolonge les effets de la première étape, ce qui réduit la vitesse du processus.
• Huile : On utilise généralement des huiles d'origine minérale, avec une viscosité comprise entre 5 et 9 degrés.

L'emploi du mercure est limité par son coût élevé, même si la trempe est garantie pour des pièces spéciales afin d'acquérir une grande dureté.

Les trois étapes du refroidissement

1. Période de perte de chaleur : Par conduction et rayonnement de la masse gazeuse, qui dépend de la conductivité thermique de la vapeur.
2. Transport frigorifique de vapeur : Qui varie en fonction de la viscosité du bain et de l'état de fissuration pouvant se produire.
3. Refroidissement par conduction : Dans le liquide, sa conductivité finalise le processus en évitant les facteurs menant à la fissuration.

Le patentage

Ce traitement est utilisé avant ou pendant le tréfilage de fils à haute résistance.
Il consiste à chauffer le fil jusqu'à une austénitisation complète, puis à le refroidir dans un bain de plomb fondu dont la température varie, selon les circonstances, entre 350 et 600 °C. Comme la température de l'austénite descend vers la température du bain, elle doit être soigneusement observée.
Cela signifie que le recuit de patentage est une transformation isotherme.

L'austempering

Applicable avec de bons résultats sur les outils et les petites pièces d'acier, il n'est pas avantageux du point de vue économique et de la vitesse pour les aciers alliés et les autres grosses pièces.
Ce traitement vise à éviter les inconvénients des fissures et des tensions caractéristiques de la trempe en adoptant une structure martensitique.

Le martempering

Avec le martempering, on ne cherche pas à faire varier le durcissement martensitique typique, mais plutôt à éliminer les tensions internes et les fissures possibles de transformation. Cela est réalisé par le refroidissement du métal austénitisé dans un bain de sel fondu entre 200 et 300 °C.
Il s'applique à la fabrication de roulements à billes, d'engrenages, etc.

Le revenu

Le revenu n'est rien d'autre qu'un recuit subcritique qui se déroule de manière complémentaire à la trempe.
Soumettre un acier austénitisé à une configuration martensitique permet de traiter l'état de tension interne ; bien que l'acier acquière des valeurs de dureté et de résistance élevées, il reste fragile sans ce traitement.
L'amélioration de ces propriétés mécaniques dépend de façon critique de la température de revenu atteinte et de la durée du traitement.

Traitements par variation de composition

Les traitements modifiant la composition ont été une solution pour la fabrication de pièces de machines qui doivent posséder une ténacité suffisante tout en répondant à des contraintes de dureté requise et de haute résistance à l'usure.
La première condition est remplie par les aciers à faible teneur en carbone, tandis que les grandes valeurs de dureté et de résistance à l'usure peuvent être obtenues par un pourcentage élevé d'alliage.
Cette coexistence de deux types différents de structures au sein d'une seule pièce d'acier est possible grâce à des traitements tels que :

• Cémentation
• Carbonitruration
• Sulfinisation