Le traitement thermique est une étape cruciale dans le processus de fabrication, même si la plupart des gens ignorent de quoi il s’agit. Cela est lié aux raisons pour lesquelles le traitement thermique d’une pièce métallique permet de renforcer le matériau afin qu’il puisse mieux supporter l’usure. Afin de durcir un métal ou un alliage, le traitement thermique consiste à le chauffer à une certaine température puis à le refroidir.
L'aéronautique, l'automobile, le matériel informatique comme les scies et les haches, les ordinateurs, les engins spatiaux, l'armée et le secteur pétrolier et gazier sont quelques-uns des principaux domaines dans lesquels le traitement thermique est important. Les caractéristiques d'un métal ou d'un alliage peuvent être modifiées par traitement thermique à différents moments du processus de fabrication.
Les alliages métalliques ayant subi un traitement thermique sont capables d'acquérir les caractéristiques mécaniques souhaitées. La température et la durée du traitement thermique affectent de nombreuses transformations de phase qui ont lieu. Pour créer des pièces et des composants de haute qualité présentant les qualités souhaitées, une gestion précise de la température et du timing est nécessaire.
Vous ne pensez donc pas qu'il est nécessaire de savoir quels processus sont impliqués dans quatre traitements thermiques au feu, et quel impact cela a-t-il sur les propriétés des matériaux. Bien sûr que oui. Explorons cela en détail.
Comment fonctionne le traitement thermique à quatre feux ?
Tous les procédés de traitement thermique consistent à faire passer le métal par un cycle temps-température spécifique , qui peut être décomposé en les trois étapes suivantes :
- chauffage,
- maintien en température (trempage),
- et refroidissement.
Bien que chaque scénario soit différent, certains objectifs essentiels peuvent être énoncés. À moins que l’acier ne soit soumis à des contraintes importantes, comme c’est le cas lors d’un écrouissage intense ou d’un durcissement préalable, le rythme de chauffage n’est pas particulièrement pertinent. Le taux de chauffage devrait être lent dans de telles circonstances. Ceci est souvent peu pratique car les fours peuvent déjà être à des températures de fonctionnement. Cependant, mettre de l'acier froid dans un four chaud peut entraîner une déformation, voire une fracture.
La structure et les qualités d'un acier sont déterminées par sa vitesse de refroidissement, qui est à son tour influencée par des facteurs tels que la masse, le milieu de trempe, etc. Il est important de comprendre que la vitesse de refroidissement sera plus lente avec l'épaisseur de la section, quelle que soit la méthode de refroidissement utilisée.
Recuit
Le recuit est un procédé de chauffage et de refroidissement qui entraîne généralement un ramollissement du matériau. Ce traitement englobe également les procédés visant à modifier les caractéristiques mécaniques ou physiques, à créer une microstructure spécifique ou à éliminer les gaz. La température de recuit et la vitesse de refroidissement sont déterminées par le matériau recuit et l'application prévue du traitement. Le recuit consiste à chauffer l'échantillon au-dessus ou en dessous de la limite critique supérieure. Un processus de recuit comprend trois étapes principales.
- récupération.
- recristallisation
- la croissance des grains
Il est important que vous sachiez comment ces trois étapes influencent le processus de recuit et comment les propriétés des matériaux changent au cours de ces étapes.
Étape de récupération
Lors de l'étape de récupération, le matériau est chauffé dans un four ou un autre appareil de chauffage à une température qui libère ses contraintes internes.
Étape de recristallisation
Le matériau est chauffé pendant la phase de recristallisation jusqu'à une température supérieure à la recristallisation mais inférieure à la fusion. Il en résulte la formation de nouveaux grains sans stress préexistant.
Stade de croissance des grains
Les nouveaux grains mûrissent complètement au cours de leur croissance. Laisser le matériau refroidir à une vitesse spécifique peut contrôler sa croissance. Ces trois étapes produisent ensemble un matériau avec une ductilité accrue et une dureté réduite. Il existe différents types de processus de recuit en fonction de la température de chauffage et de la vitesse de refroidissement. Le traitement de recuit peut être classé dans le processus comme ci-dessous.
- Recuit complet
- Recuit de processus
- Sphéroïdisation
Normaliser
Lors de la normalisation, l'acier est chauffé à une température supérieure à Ac3 ou Acm, puis refroidi à l'air libre. Le principal objectif du traitement est d'annuler les effets de tout traitement thermique antérieur, y compris la structure à gros grains qui peut parfois résulter de températures de forgeage élevées, ainsi que de tout travail à froid, et de garantir que l'austénite sera uniforme lors du réchauffage pour durcissement ou recuit complet. Selon la composition de l'acier, les structures résultantes sont soit de la perlite, soit de la perlite avec de la ferrite ou de la cémentite supplémentaire.
Plage de température des traitements
Trempe
La trempe est essentiellement utilisée pour augmenter la dureté d’un matériau au-dessus d’un point spécifique.
Le matériau est chauffé au-dessus de sa température critique supérieure Ac3 ou Acm, puis refroidi brutalement. Pour ce faire, on utilise de l'air, de l'huile, de l'eau ou d'autres fluides afin d'accélérer le refroidissement. Ce procédé de refroidissement rapide, appelé trempe, est généralement employé pour les aciers inoxydables et les aciers fortement alliés, afin d'accroître leur dureté. Pour les fontes et les aciers alliés à des métaux comme le nickel et le magnésium, on utilise fréquemment le durcissement.
Trempe
Le revenu est un traitement thermique qui accroît la ténacité des aciers durs et cassants afin qu'ils puissent être usinés sans se rompre. Ce traitement fait suite à la trempe. Sans revenu, un métal trempé est généralement trop cassant pour être utilisé. Il est chauffé uniformément entre 90 et 260 ° C , maintenu à cette température pendant la durée requise, puis refroidi lentement, en fonction de l'alliage utilisé.
Méthodes de quatre traitements contre l'incendie
Le traitement thermique en quatre feux est une méthode habile qui permet de modifier les caractéristiques du métal en gérant la vitesse de diffusion à l'intérieur de la microstructure. Cela implique que différentes microstructures se forment dans le même alliage en fonction des vitesses de refroidissement. Lorsque l'austénite refroidit rapidement, elle se transforme en martensite, une structure cristalline dure et cassante où les éléments d'alliage sont piégés. Cette structure nécessite un revenu pour précipiter les particules intermétalliques afin d'atteindre le niveau de résistance et de dureté le plus élevé.
Mais comment sont effectués les quatre traitements thermiques au feu ? Comment le matériau change-t-il ses propriétés pendant le traitement ? Explorons davantage.
Recuit:
Il s’agit de chauffer le métal dans un four au-dessus de la température à laquelle il va recristalliser et de le laisser refroidir à l’intérieur du four. Le matériau est d'abord chauffé à une température plus élevée (par exemple, 912 à 915°C pour la fonte ou l'acier). Par la suite, la substance est trempée à cette température pendant une courte période. Dans la troisième étape, le matériau peut à nouveau refroidir à l’intérieur du four tandis que la température diminue. La résistance, la ductilité et les bonnes qualités d’allongement sont toutes améliorées par le recuit.
Normalisation :
Semblable au recuit, cependant, après l’étape de trempage, le matériau est retiré du four et laissé refroidir à l’air libre. Le matériau possédant des zones de refroidissement distinctes, les caractéristiques sont légèrement moins favorables que lors du recuit.
Trempe:
La trempe est le processus de refroidissement rapide d'un matériau qui a été chauffé au-dessus de la température de recristallisation dans un bain d'huile ou d'eau. Les matériaux trempés présentent une structure matricielle martensite. Le matériau devient beaucoup plus dur, cassant et résistant à l’usure et aux chocs. Il y a une meilleure résistance à l’abrasion, mais il ne peut pas résister aux contraintes de fluage et d’impact
Tempérage:
Il s'agit d'un procédé de traitement thermique qui est souvent effectué après la trempe. Le matériau est chauffé pendant le processus à une température inférieure à la valeur de recristallisation et maintenue pendant une courte période. Grâce à ce procédé, les contraintes internes sont réduites et la ductilité du matériau dur est légèrement améliorée. Ce procédé est généralement appliqué aux aciers à outils.
Il est possible de suivre une technique de traitement thermique qui donnera à un certain alliage les propriétés mécaniques nécessaires à température ambiante, mais cela nécessite une connaissance des changements de phase qui ont lieu à l'intérieur des alliages métalliques.
La différence dans le traitement des quatre incendies
Le recuit complet permet d'adoucir un matériau préalablement écroui et d'éliminer la microstructure résiduelle à température ambiante. Cette opération facilite généralement les usinages ou les déformations ultérieures. Le procédé de recuit consiste à chauffer la pièce à la température appropriée, puis à la refroidir progressivement dans le four tout au long de la plage de transformation.
Bien que la normalisation soit similaire au recuit, après l'étape de trempage, le matériau est retiré du four et laissé refroidir à l'air libre. Le matériau possédant des zones de refroidissement distinctes, les caractéristiques sont légèrement moins favorables que lors du recuit.
La trempe, quant à elle, vise à conférer une trempabilité aux microstructures martensitiques, voire bainitiques. Ces microstructures nécessitent un refroidissement rapide depuis l'austénite afin d'éviter la formation de perlite. Ainsi, le matériau est refroidi rapidement à une température inférieure à 500 °C à partir de la température d'austénitisation afin de prévenir la formation de perlite.
Le terme « revenu » désigne le processus de refroidissement de l'acier à une vitesse spécifique après trempe, durcissement ou normalisation, par immersion temporaire à une température inférieure à la température critique. Le revenu permet d'obtenir la combinaison requise de résistance, de dureté et de dureté, ou de réduire les contraintes ou la fragilité de l'acier trempé. Le revenu et la trempe sont nécessaires à la fabrication de pièces résistantes.
Changements de phase
Au fur et à mesure que le traitement thermique est effectué, il entraîne de nombreux changements au niveau atomique qui provoquent des changements de phase. Il est important de savoir quels changements de phase se produisent pendant les traitements et comment les propriétés changent ?
Il est toutefois nécessaire de traiter thermiquement l'acier hypoeutectoïde à une température légèrement supérieure à AC3 afin de le recuire complètement. Le matériau est maintenu à cette température pendant environ une heure, puis refroidi lentement dans le four. Une microstructure ferrite-perlite se forme alors.
Le recuit est effectué pour les matériaux hypereutectoïdes au-dessus de la température AC1. Il est constitué de perlite lamellaire grossière entourée de cémentite protétectuoïde. Un grain amélioré est obtenu grâce au recuit, ainsi qu'au ramollissement, à l'amélioration des caractéristiques électriques et magnétiques, ainsi qu'à l'usinabilité occasionnelle.
Une taille de grain d'austénite fine et équiaxiale et une calamine microstructurale de perlite grossière ultérieure produite par normalisation sont plus faciles à traiter ou à traiter thermiquement et conduisent à une ténacité accrue.
La trempe permet d'atteindre les niveaux de dureté les plus élevés . Ceci résulte de la transformation importante de l'austénite en martensite, comme le montre la microstructure. Toujours, une trempe suivie d'un revenu entraîne une diminution de la dureté et une augmentation de la ténacité.
La microstructure évolue lors de la normalisation : elle devient d’abord austénite, puis martensite trempée lors de la phase de refroidissement à l’air suivante. Lors du revenu, la martensite trempée se transforme en martensite revenue.
Microstructure après traitement thermique : (a) perlite, (b) bainite, (c) sphéroïdisé
(d)martensite trempée (e) Martensite
Propriétés matérielles
Les alliages métalliques ayant subi un traitement thermique peuvent acquérir les propriétés mécaniques souhaitées . La température et la durée du traitement thermique influent fortement sur les transitions de phase qui se produisent. Pour fabriquer des pièces et des composants de haute qualité présentant les caractéristiques requises, une gestion précise de la température et du temps de traitement est indispensable.
Sans traitement thermique des métaux, notamment de l'acier, les composants métalliques utilisés dans les ordinateurs ou les avions ne fonctionneraient pas correctement, voire n'existeraient pas. Les composants métalliques non ferreux, en particulier, seraient nettement moins durables. Le traitement thermique est un procédé qui renforce les métaux comme le bronze, le laiton, les alliages de titane et l'aluminium.
Un autre paramètre crucial du processus est la vitesse de refroidissement après un traitement thermique à haute température. Les microstructures perlitiques seront résistantes et ductiles en raison d'un refroidissement lent. Afin de créer des aciers avec une combinaison de microstructures martensitiques trempées à haute résistance et à haute ténacité, la trempe produira des microstructures martensitiques à haute résistance et à faible ténacité.
Les mécanismes de récupération et de recristallisation ont lieu dans une microstructure déformée lorsque la température de recuit augmente. L'alliage perd sa résistance à la traction et sa limite d'élasticité tout en gagnant en allongement. Le recuit peut ramollir les matériaux et les rendre plus usinables. Affinez le grain, peaufinez la structure et éliminez les imperfections.
L'élimination des tensions résiduelles, la stabilisation dimensionnelle et la réduction des risques de déformation et de fissuration permettent d'obtenir un matériau uniforme, tant au niveau de sa structure que de sa composition, et d'améliorer ses performances lors des traitements thermiques ultérieurs. En revanche, la dureté, la limite d'élasticité (YS) et la résistance à la traction (UTS) augmentent avec la normalisation et diminuent avec le revenu.
Cependant, les propriétés mécaniques du métal, telles que la résistance au cisaillement, la limite d'élasticité, la dureté, la ductilité et la résistance à la traction, peuvent être précisément équilibrées par revenu pour obtenir un grand nombre de combinaisons différentes de propriétés, ce qui rend l'acier utile pour une large gamme d'applications.
Effet du revenu sur la résistance ultime à la traction
Pour répondre aux nombreuses exigences des composants et outils mécaniques, la trempe permet d'accroître significativement la rigidité, la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue et la ténacité de l'acier. Elle peut également conférer à certains aciers spéciaux des propriétés physico-chimiques spécifiques, telles que le ferromagnétisme et la résistance à la corrosion.
Matériaux utilisés pour Four Fire
Le traitement thermique peut être appliqué à tous les métaux et alliages . L'acier représente environ 80 % des procédés de traitement thermique industriels, bien que de nombreux autres métaux ferreux et non ferreux soient également chauffés et refroidis à des fins similaires. Parmi les métaux non ferreux traités thermiquement figurent l'aluminium, le cuivre, le laiton et le titane, tandis que les métaux ferreux traités thermiquement comprennent fréquemment la fonte, les alliages, l'acier inoxydable et l'acier à outils.
Les alliages d'aluminium subissent un recuit ou une mise en solution, une trempe et un durcissement par vieillissement. Les alliages de cuivre, de laiton et de bronze sont également traités thermiquement par recuit et vieillissement. Les aciers peuvent être traités thermiquement par durcissement par vieillissement, trempe par vieillissement et recuit.
Les aciers inoxydables martensitiques sont fréquemment utilisés dans les applications industrielles exigeant une résistance, une dureté et une résistance à l'usure élevées. Leurs performances sont fortement influencées par le traitement thermique. Les aciers inoxydables utilisés pour ce traitement sont classés en trois groupes, présentés ci-dessous.
Groupe I : aciers au chrome trempables (martensitiques et magnétiques).
Comme la plupart des aciers faiblement alliés, ces aciers réagissent au traitement thermique et peuvent présenter une large gamme de propriétés mécaniques grâce à un traitement thermique approprié. Toutefois, la plage de revenu de 700 °F à 1000 °F étant à proscrire car elle accroît la fragilité, il convient d'éviter ce type de revenu.
Groupe II – Aciers au chrome qui ne peuvent pas être durcis (ferritiques et magnétiques)
Le traitement thermique ne peut pas réellement durcir ces aciers. À l’état recuit, ils atteignent leurs niveaux maximaux de douceur, de ductilité et de résistance à la corrosion.
Aciers non durcissables du groupe III à base de chrome, de nickel et de manganèse (austénitiques et non magnétiques)
Ces aciers ne peuvent pas être traités thermiquement pour devenir plus durs car ils sont fondamentalement non magnétiques. De nombreuses propriétés mécaniques différentes peuvent être développées par écrouissage, et certains de ces aciers peuvent même devenir légèrement magnétiques lorsqu'ils ont été écrouis. Afin d'obtenir le plus haut degré de douceur, de ductilité et de résistance à la corrosion, ils sont recuits par refroidissement rapide (air ou eau) à haute température.
Applications industrielles
Quelle est la valeur de quatre traitements anti-incendie pour une application industrielle ? Quelle est son application de base ?
eh bien, dans de nombreuses industries manufacturières à grande échelle, notamment les secteurs de l'automobile, des transports, de l'aérospatiale, du bâtiment, de la marine, de l'armée, de la manutention (fonderie, forgeage, équipement) et médical et pharmaceutique, le traitement thermique est une technique essentielle. Les avantages significatifs du traitement thermique comprennent une diminution des coûts, du poids et du bruit ainsi qu'une résistance, une fiabilité, une ténacité, des performances et une résistance à l'usure et à la fatigue améliorées.
Le traitement thermique est donc utilisé pour préparer les pièces métalliques des groupes motopropulseurs, moteurs, turbines, équipements agricoles, miniers, forestiers et de construction. Par exemple, pour obtenir les caractéristiques requises dans l'industrie aérospatiale, l'acier et les alliages d'aluminium peuvent subir cinq traitements thermiques distincts, voire plus.
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Les profils, arbres, disques, engrenages, plaques et autres formes font partie des géométries métalliques traitées thermiquement les plus populaires. L'amélioration des procédures de traitement thermique pour éliminer les problèmes matériels revêt une importance et une valeur considérables pour les secteurs concernés, une tâche précieuse pour les universitaires et les scientifiques.
La ligne du bas
Le traitement thermique préalable du métal réduit la corrosion, ce qui signifie qu'il ne sera pas nécessaire de remplacer ultérieurement ou plus fréquemment des pièces métalliques coûteuses. Les métaux traités thermiquement sont souvent plus résistants que les métaux non traités thermiquement. Par conséquent, les problèmes sont évités et l'équipement fonctionne plus efficacement et à moindre coût.
Dans quatre incendies de traitement thermique, la trempe, le revenu, la normalisation et le recuit sont impliqués. En équilibrant les proportions de martensite dure, de ferrite ductile et de perlite tout au long du traitement thermique, la résistance et la ductilité seront garanties.
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