Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

tion martensitique peut être provoquée dans tout le volume de la pièce (on parl

tion martensitique peut être provoquée dans tout le volume de la pièce (on parle alors de «trempe dans la masse»), ou bien seulement dans une couche superficielle dont le volume dépend des conditions d’austénitisation (on parle alors de «trempe superficielle»). Les conditions de refroidissement Dans la pratique, la trempe est généralement réalisée par mise en contact de la pièce avec un milieu qui extrait la chaleur contenue dans celle-ci. Ce milieu peut être : • Gazeux : air, gaz (N2, Ar, H2, He, etc.). • Liquide : eau, huiles (l’eau et les huiles peu- vent contenir des additifs qui modifient leur pouvoir refroidissant). • Mixte : brouillard (gaz + liquide atomisé), lit fluidisé (gaz + solide pulvérulent). Le refroidissement en chaque point d’un volume d’acier dépend : • Des propriétés thermiques du métal. • De la géométrie de la pièce (forme, dimen- sions, etc.). • De la position du point considéré dans la section de la pièce (en effet le cœur d’une pièce refroidit toujours plus lentement que la couche superficielle). • Des propriétés thermiques du milieu de trempe et de certaines de ses propriétés phy- siques (viscosité notamment). • De la température du milieu de trempe (paramètre très important avec les liquides volatilisables car il conditionne la durée de la période initiale de caléfaction). • Des conditions dans lesquelles se déroule l’échange thermique entre pièce et milieu de trempe (agitation du milieu de trempe, état de surface de la pièce, etc.). Cette énumération montre que le praticien va devoir tenir compte d’un très grand nombre de paramètres souvent interdépendants. En fait et compte tenu de la complexité de l’opé- ration, il devra faire appel à son expérience et, si nécessaire, procéder à des essais, l’objectif étant de déterminer quelles seront les valeurs du paramètre caractéristique du refroidisse- ment afin de les confronter à la valeur limite Complet, le traitement thermique dit de «trempe et revenu» comporte, comme son appellation l’indique, deux étapes : • La trempe qui passe par deux opérations successives. L’austénitisation est la première des deux, elle est suivie par un refroidisse- ment (souvent réalisé par immersion dans un liquide ce qui lui a donné son nom), dont la rapidité doit empêcher toute préci- pitation de carbures. • Le revenu qui est un réchauffage contrôlé devant provoquer la précipitation des carbu- res dans des conditions bien maîtrisées afin de développer le durcissement optimum. Le refroidissement dit «trempe» Après l’austénitisation (qui met en solution solide les carbures trop grossiers engendrés par les traitements antérieurs d’adoucisse- ment), la trempe qui a pour objet d’empêcher la précipitation du carbone au cours du retour (depuis la température d’austénitisation) à la température ambiante doit donc éviter toute formation de perlite ou de bainite. Les diagrammes TRC montrent que cette exigen- ce impose impérativement de faire passer l’a- cier à l’état martensitique (il pourra subsister de l’austénite résiduelle.). Cette transforma- Le traitement de trempe et revenu (1ère partie) Le traitement dit de « trempe et revenu » est le traitement thermique complet qui doit donner à un acier ses caractéristiques mécaniques optimales en vue de son emploi. Guy Murry, Ingénieur-conseil correspondant à la loi critique de transforma- tion martensitique (voir figure 1 du précé- dent chapitre, paru dans le numéro 383 en page 20) de l’acier considéré. Pour comparer l’efficacité des différents milieux de refroidissement, on peut se référer à leur sévérité de trempe H telle qu’elle a été définie par Grossmann (dimension L-1) : H = α / 2λ Avec : • α coefficient d’échange de la chaleur entre la pièce et le milieu de trempe, • λ conductivité thermique du métal. Le tableau 1 rassemble, à titre indicatif, des valeurs de H correspondant à différents milieux utilisés dans différentes conditions. Pour aider à estimer ce que seront les conditions de refroidissement d’une pièce des informations relatives à des solides de géométrie simple (cylindre) ont été publiées. Le tableau 2 donne quelques valeurs repères qui en sont tirées. Pour des barres carrées ou rectangulaires, la norme NF EN 10083-1 (dans son annexe A) propose un abaque qui permet d’estimer ce que seront leurs conditions de refroidisse- ment par rapport à celles de barres rondes. Bien entendu, ces données, dont l’acquisition fait appel à des relations empiriques, ne peu- vent pas être considérées comme rigoureuse- ment exactes, ce ne sont que des ordres de grandeur utiles pour dégrossir un problème. Ajustement entre trempabilité de l’acier et capacité de refroidissement d’un milieu Pour que la trempe soit réussie il faut, qu’a- près austénitisation, le refroidissement ait été réalisé de telle sorte que la transformation γ→α ne donne que de la martensite (en lais- sant subsister éventuellement un peu d’aus- ténite résiduelle). Pour ce faire, il faut que le paramètre Δt700/300 caractérisant le refroidis- sement le plus lent du volume de métal qui doit être traité, soit inférieur au paramètre Δt700/300 correspondant à la loi critique de transformation martensitique de l’acier considéré, soit ΔtM (voir article paru dans le numéro 382 intitulé Les aspects métallurgiques du refroidissement après austénitisation). Diamètre eau huile moyenne mm très agitée peu agitée très agitée peu agitée Δt cœur Δt peau Δt cœur Δt peau Δt cœur Δt peau Δt cœur Δt peau (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) (s) 5 0,6 0,3 1,3 0,8 1,9 1,3 6,9 6 10 1,9 0,7 3,9 2 5,3 3 17,1 13,7 20 7,3 1,6 11,4 4,3 14,8 6,6 42 30 30 12,2 2,2 21,3 6,6 27,1 10,1 72 46 40 19,8 3 33,1 8,8 42 13,5 104 62 50 28,7 3,8 47 10,9 58 16,8 140 77 60 39 4,6 62 13 76 19,9 177 92 70 51 5,4 79 15,1 96 23 217 106 80 63 6,1 97 17,1 112 26 258 119 90 77 6,9 116 19 139 29 301 133 100 92 7,7 136 21 163 32 346 146 120 125,7 9,2 180 24,7 214 37 439 170 140 162,5 10,7 229 28,3 269 43 536 194 160 202 12,1 281 32 328 48 639 216 180 246 13,6 337 35 391 53 745 237 200 294 15,1 397 39 457 58 855 258 220 345 16,5 460 42 527 62 968 278 Milieu Conditions de refroidissement Sévérité de trempe (mm-1) Eau Sans circulation, sans agitation 0,035 à 0,039 Circulation peu intense 0,039 à 0,043 Circulation modérée 0,047 à 0,051 Circulation assez intense 0,055 à 0,059 Circulation intense 0,063 à 0,079 Circulation très intense au maximum 0,16 Huile (2) Sans circulation, sans agitation 0,010 à 0,012 Circulation peu intense 0,012 à 0,014 Circulation modérée 0,014 à 0,016 Circulation assez intense 0,016 à 0,020 Circulation intense 0,020 à 0,030 Circulation très intense 0,030 à 0,043 Air calme 0,0008 soufflé 0,006 à 0,008 Azote en four à vide sous 10 bars 0,006 en chambre froide sous 2 bars 0,015 en chambre froide sous 5 bars 0,023 Hélium en four à vide sous 20 bars 0,011 (1) D’après GROSSMANN (2) La complexité des huiles de trempe actuelles enlève une part de validité aux valeurs indiquées. Tableau 1 Valeurs indicatives de la sévérité de trempe H de divers milieux (1). Tableau 2 Ordre de grandeur du paramètre Δt700/300 (s) lors du refroidisse- ment à l’eau et à l’huile de ronds en acier de différents diamètres. à la température ambiante, il subsiste de l’austénite non transformée dite austénite résiduelle (si Mf est inférieure à 20°C). Il a été montré que lors d’une transformation martensitique une proportion P (en %) de martensite était formée à une température MP telle que : MP (°C) = Ms(°C) – K×[650 – Ms(°C)] avec K = (1,67.10-2)×.P0,55 + (3,18.10-18)× P8,7 A cette même température MP la proportion Q d’austénite non encore transformée est donc : Q = 100 – P Le tableau 3 donne, en fonction de la tempé- rature Ms de l’acier, une estimation de la température à laquelle cette proportion Q d’austénite non encore transformée attein- drait certains niveaux au cours d’un refroidis- sement non interrompu à la température ambiante. En complément, la figure 1 donne un ordre de grandeur des proportions d’austénite rési- duelle subsistant après des trempes arrêtées à 20°C ou à –120°C ou à –150°C. On voit qu’après une trempe simple arrêtée à 20°C, il ne subsiste de l’austénite résiduelle que si Ms est inférieur à 340°C environ (pour un acier non allié ce niveau correspondrait à une teneur en carbone de l’ordre de 0,45%). Selon le niveau de Ms au-dessous de cette limite, on constate que : • Si 250°C < Ms < 340°C, le traitement par le froid transforme toute l’austénite rési- duelle (pour un acier non allié le niveau de 250°C correspondrait à une teneur en car- bone de l’ordre de 0,68%). La valeur de ce dernier paramètre peut être estimée : • À l’aide du diagramme TRC. • À l’aide de la courbe dureté = f(Δt700/300). A l’extrême droite du pla- teau de dureté maximale qui apparaît en haut et à gauche du graphique, on trou- ve le paramètre ΔtM correspondant à la loi de refroidissement critique de trans- formation uploads/Geographie/ tt-384-1.pdf