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11-12-2009 - - La Trempe (Technologie) |
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- La trempe consiste à refroidir à vitesse contrôlée des pièces en acier généralement dans un liquide pour leur conférer certaines propriétés métallurgiques . On trempe l'acier , pour en augmenter la dureté , la résistance et la durabilité .
Le procédé consiste à porter l'acier à une température largement supérieure à sa température d'austénitisation (Généralement 1050-1200°C por des aciers hypereutectoïdes) ; à cette température le carbone et les autres éléments d'alliage diffuse dans la masse de fer . Au bout de 30 minutes , l'acier présente une structure austénique . Si on le laisse refroidir lentement il se transforme en perlite , mélange ductile et mou de cémentite et de ferrite : c'est le RECUIT . Si le refroidissement est rapide on obtient une structure martensitique qui est une solution solide de carbure de fer dans du fer . Pour donner aux aciers une dureté maximale , on les refroidie rapidement de leur température d'austénitisation (1050-1200°C) à une température inférieure à 150°C . Le degré de dureté obtenu est proportionnel à leur teneur en carbone et à la vitesse de trempe .
* La vitesse de refroidissement à laquelle l'acier se transforme intégralement en martensite est dite de "Refroidissement critique" . A une vitesse moindre , la trempe donne un mélange de martensite et d'autres produits intermédiaires qui diminuent la qualité de l'acier trempé . Dans la pratique , la vitesse à laquelle se refroidit une pièce trempée dépend de sa masse , de sa forme , de l'état de sa surface tout autant que de la technique de trempe . Quand les piéces d'acier ne durcissent pas comme il faut , c'est que la vitesse de refroidissement est inférieure à la vitesse critique . Il faut alors trouver une technologie de trempe plus appropriée .
-TREMPE A L'EAU :
Cette méthode fut longtemps la plus utilisée pour la trempe des lames de couteaux ; l'eau des ruisseaux était captée par les coutellerie afin de réaliser les opérations de trempe . Ainsi à Laguiole , les eaux de la Layollette étaient utilisées pour la trempe du fameux "Laguiole" ! Avec l'arrivée des aciers high-tech d'aujourd'hui l'opération de trempe est devenue beaucoup plus critique ; la trempe à l'huile est de plus en plus utilisée . L'eau posséde un pouvoir calorifique élevé ce qui produit une trempe agressive pouvant produire des "TAPURES" . Un autre phénomène négatif est celui de la "CALEFACTION" car très complexe , non reproductible et donc un phénoméne difficilement maîtrisable . Lorsque qu'une pièce à une T° élevée (>1000°C) est plongée dans de l'eau , celle-ci est vaporisée au contact de la piéce en formant une gaine de vapeur qui ralentit son refroidissement ; c'est la "Caléfaction" ; le problème majeur est que ce phénomène complexe n'est pas reproductible ; néanmoins en bain contrôlé l'ajout de sel , silicates , glycérine et polyglicols tend à modérer les problèmes dues à la caléfaction . Les avantages de la trempe à l'eau est son faible coût et c'est une technique non dangereuse contrairement à la trempe à l'huile (Les huiles chaudes sont inflammable) . Dans certain cas , l'eau froide génère un refroidissement trop rapide produisant des contraintes internes préjudiciables . Dans ce cas on peut utiliser de l'eau chaude . Pour éviter le phénomène de caléfaction on peut revêtir la pièce d'un revêtement . Cette opération s'appelle le "Potéyage" .
- TREMPE A L'HUILE :
La méthode de trempe à l'huile peut aller du simple bac au dispositif entièrement automatisé . La plupart du temps , la température optimale de l'huile de trempe se situe entre 50 et 90°C . Il faut vérifier que le procésus de trempe n'augmente pas la température de l'huile à une température voisine du point d'éclair de l'huile (Température à laquelle une substance s'enflamme spontanément en présence d'oxygéne) . Une bonne agitation du bain de trempe doit maintenir la température du bain , à moins de 50°C du point d'éclair de l'huile . Des essais de trempe montrent qu'on atteint la vitesse de refroidissement maximale quand la température de l'huile se situe entre 50 et 90°C . Pour obtenir un durcissement uniforme et des résultats constants , il faut que l'huile circule durant la trempe . L'agitation de l'huile a pour effet de distribuer uniformément la chaleur dans le bac et de réduire le risque d'inflammation et d'incendie en empêchant la formation d'une couche d'huile chaude en surface . Pour un bac muni d'un bon circuit de refroidissement , on conseille d'utiliser un à deux gallons d'huile par livre d'acier trempé à l'heure . Dans certains cas de températures d'austénitisation très élevées (1150-1200°C) , l'utilisation de bain d'huile à 150-175°C est conseillée pour la trempe . Pour la trempe industrielle on emploie des huiles minérales spécialement conçues pour cet effet . La gamme des huiles de trempe présente des caractéristiques de rendement couvrant tous les types de trempe . Selon la viscosité de l'huile , la vitesse de trempe varie de 9 à 25 secondes avec des vitesses de refroidissement optimales entre 96°C et 50°C par seconde . Les huiles utilisées pour la trempe industrielle sont fabriquées à partir d'huiles paraffiniques de haute qualité , peu volatiles et avec un point éclair élevé (200-260°C) . Sur le schéma présenté ici , vous avez le diagramme : Taux de refroidissement (en °C/sec) = (f) Température de l'acier (en °C) dans le bain de trempe . Ce diagramme est typique d'une huile de trempe classique . On observe que lorsqu'on plonge l'acier dans l'huile on obtient un refroidissement de la pièce de ~30°C/sec ; dès que la température de l'acier approche les 700°C , le taux de refroidissement augmente rapidement pour atteindre 90°C/sec . On arrive ainsi rapidement à une pièce d'acier dont la température est de 400°C . Là , la trempe à l'huile devient peu performante car le taux de refroidissement tombe à moins de 10°C/sec . C'est là qu'intervient le principe de la trempe mixte , technique aujour'hui largement utilisée .
- TREMPE MIXTE :
Cette méthode consiste à commencer la trempe par une trempe à l'huile et de terminer le processus de trempe par une trempe à l'eau , profitant ainsi de l'avantage des deux techniques . En effet la trempe à l'huile est supérieure pour l'abaissement de température de 1000°C à 500°C ; dès 400°C le taux de refroidissement de l'huile est très faible ; à partir de 400-500°C on termine la trempe par une trempe à l'eau . Il existe différentes techniques de trempe mixte parmi celles-ci :
* L'installation comporte à la partie inférieure du bac de trempe une charge d'eau recyclable , et à la partie supérieure , une nappe d'huile minérale d'une épaisseur déterminée . Les pièces sont d'abord immergées dans l'huile , où elles peuvent être maintenue pendant le temps necéssaire au début de la trempe (1100°C > 500°C) puis plongées plus profondément dans le milieu aqueux , permettant ainsi une trempe à l'eau plus efficace à basse température . Ce procédé permet d'obtenir une trempe efficace mais adoucie sur des aciers sensibles aux tapures , mais qui accuseraient une dureté insuffisante en subissant seulement une trempe à l'huile . Ce procesus peut être immédiatement complété par un traitement cryogénique .
- TREMPE A L'AIR :
La trempe est obtenue uniquement si la vitesse de trempe est supérieure à la "Vitesse critique de trempe" . Dans le cas d'une trempe à l'air atmosphérique on ne peut pas tremper les aciers alliés modernes d'aujourd'hui . On a recourt à de l'air présurisé pour augmenter la vitesse de refroidissement , mais si l'acier a une température supérieure à 900°C , le fer brûle ! Pour éviter ce phénomène d'oxydation on a recourt au "GAZ PULSE" généralement de l'argon ou de l'azote qui sont inertes . Dans la trempe à l'huile , les piéces trempées doivent subir des opérations de lavage et l'huile doit être filtrée , puis recyclée . Ces opérations ont un coût industriel . Il a été mis au point dernièrement , une technologie de trempe d'avant garde , à l'azote présurisé à température variable ; L'azote pulsé est d'abord projeté à température ambiante puis réfrigéré par de l'azote liquide ; En variant pression , vitesse et température de l'azote gazeux projeté sur les piéces d'acier à tremper , on arrive parfaitement à obtenir des vitesse de refroidissement supérieure à la vitesse CRITIQUE de trempe . Si les phénomènes physiques liés à la trempe sont bien connus les divers solutions technologiques modernes de ces techniques innovantes sont maintenues secrêtes .
- TAPURE : Fissuration du métal due aux contrainte d'origine thermique ; elle peut apparaître au chauffage des pièces ou au refroidissement durant la trempe . Pour limiter la formation de tapures lors de trempes d'aciers alliés à forte teneur en carbone , il faudra :
* Limiter la vitesse de montée en température à 300°C/ h .
* Effectuer un palier lors de la montée au point Ac1 (# 721°C) .
* Eviter la trempe à l'eau trop agressive entre 1050 et 500°C .
* Dès que la trempe (+ traitement cryogénique) est terminée , procéder immédiatement au traitement de "Revenu" afin de stabiliser l'acier .
M.H.
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