Une description détaillée de la trempe et du traitement thermique
Traitement thermique de l'extinction et de la température: une description détaillée
La trempe et la trempe (Q&T) sont un traitement thermique thermomécanique à deux étapes ** Processus utilisé sur les métaux ferreux (généralement des aciers) pour obtenir une combinaison de ** haute résistance, bonne ténacité et ductilité souhaitable **. C'est l'un des processus de traitement thermique les plus courants et les plus importants de la fabrication.
L'objectif principal est de transformer la microstructure de l'acier pour créer un équilibre optimal des propriétés mécaniques qui ne peuvent pas être obtenues par l'alliage seul.
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Étape 1: extinction (durcissement) **
L'étape de trempe est conçue pour produire une microstructure très dure mais cassante appelée ** martensite **.
** 1. Austenité: **
* ** Chauffage: ** Le composant en acier est chauffé uniformément à une température au-dessus de sa température critique ** supérieure (ligne AC3 ou ACM sur le diagramme de phase) **. Cette température est spécifique à la teneur en carbone en acier et aux éléments d'alliage, allant généralement de 800 ° C à 950 ° C (1475 ° F à 1750 ° F).
* ** Changement microstructural: ** À cette température, la microstructure se transforme entièrement en ** austénite ** (un cubique centré sur le visage, FCC, structure cristalline du fer). L'austénite a une solubilité élevée pour le carbone, permettant aux atomes de carbone de se dissoudre uniformément dans le réseau cristallin.
* ** Tremportin: ** Le composant est maintenu à cette température pendant un temps suffisant (temps de trempage) pour assurer une température uniforme et une structure austénitique homogène tout au long de sa coupe transversale. Le temps de trempage dépend des dimensions des parties et des caractéristiques du four.
** 2. Extinction rapide: **
* Après le trempage, le composant est rapidement refroidi (** éteint **) en l'immergeant dans un milieu de l'extinction.
* Le taux de refroidissement rapide (dépassant le ** taux de refroidissement critique ** de l'acier) supprime la formation basée sur la diffusion de phases plus douces comme la ferrite et la perlite.
* Au lieu de cela, l'austénite subit une transformation de cisaillement sans diffusion en ** martensite **.
* ** Martensite ** est une structure tétragonale (BCT) centrée sur le corps - une solution très tendue et sursaturée de carbone dans le fer. Cette souche de réseau est la raison de son dureté et de sa force extrêmes, mais aussi pour sa fragilité et ses contraintes internes.
** Médias de trempage commun (par ordre d'augmentation du taux de refroidissement): **
* ** Air: ** Pour les aciers à alliage élevé avec une durabilité élevée (par exemple, les aciers à outil de durcissement aérien).
* ** Huile: ** Un milieu commun offrant une trempe moins sévère que l'eau, réduisant le risque de fissuration et de distorsion.
* ** Polymer (par exemple, solutions PAG): ** Médium polyvalent dont la vitesse de refroidissement peut être ajustée par concentration et température.
* ** Eau: ** Une extinction très sévère, utilisée pour les aciers à faible alliage.
* ** saumure (eau salée): ** La trempe la plus grave, offrant les taux de refroidissement les plus rapides.
Après extinction, l'acier est extrêmement difficile mais beaucoup trop cassant pour la plupart des applications d'ingénierie. Il contient des contraintes internes élevées et est sujet à la fissuration. Cela nécessite la deuxième étape: la température.
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Étape 2: Température **
La trempe est un ** Traitement thermique sous-critique ** effectué immédiatement après la trempe. Son objectif est de ** soulager les contraintes internes, de réduire la fragilité et d'augmenter la ténacité et la ductilité ** au détriment d'une certaine dureté et de la force.
**Processus:**
* L'acier trempé est réchauffé à une température ** significativement en dessous de sa température critique plus basse (ligne A1) **, généralement entre 150 ° C et 650 ° C (300 ° F et 1200 ° F).
* Il est maintenu à cette température pendant un temps prédéterminé (généralement 1 à 2 heures par pouce d'épaisseur) puis refroidi, le plus souvent dans l'air immobile.
** Modifications microstructurales: **
À mesure que la température de température augmente, une série de transitions métastables se produit dans la martensite:
1. ** Précipitation du carbure d'Epsilon (Temps basse: 150-200 ° C): ** Le carbone commence à précipiter hors de la martensite sursaturée, formant de beaux carbures. Cela soulage un certain stress interne sans une perte de dureté significative.
2. ** Formation de martensite trempé (200-300 ° C): ** L'austénite résiduelle (si présente) se décompose.
3. ** Conversion en cémentite (Fe₃c) et recristallisation (300-450 ° C): ** Les carbures se transforment en une forme plus stable (cimentite). Les stress internes sont considérablement réduits et la ténacité commence à augmenter sensiblement.
4. ** Sphéroïdisation et grossissement de la cémentite (450-700 ° C): ** À des températures plus élevées, les particules de cémentite fusionnent et sphéroïdis. La matrice se rétablit et commence à se transformer en ferrite. Cette structure est souvent appelée ** sphéroïdite ** lorsqu'elle est complètement adoucie. Cela augmente considérablement la ductilité et la ténacité, mais entraîne une perte majeure de dureté (un processus connu sous le nom de ** recuit ** s'il est fait à la plus grande portée).
** Le compromis clé: **
Les propriétés finales sont ** directement contrôlées par la température de température **:
* ** Contation à basse température (150-250 ° C): ** produit une dureté et une résistance élevées, une bonne résistance à l'usure, mais une ténacité et une ductilité plus faibles. Utilisé pour les outils, les roulements et les composants résistants à l'usure.
* ** Température à température moyenne (350-450 ° C): ** fournit un bon équilibre de résistance et de ténacité (propriétés en forme de ressort). Utilisé pour les ressorts, les forgs et les composants automobiles.
* ** Température à haute température (450-650 ° C): ** produit une ténacité, une ductilité et une résistance à l'impact élevé avec une résistance modérée. C'est la condition le plus souvent appelée une microstructure "** à martensite **" »et est la cible pour les aciers structurels à haute résistance.
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Résumé des avantages et applications **
** Avantages: **
* Atteint un excellent rapport de force / poids **.
* Fournit une combinaison supérieure ** des propriétés mécaniques ** (résistance, ténacité, ductilité) par rapport au durcissement ou à la normalisation.
* Peut être adapté à des exigences d'application spécifiques en ajustant la température de trempe.
** Applications: **
* ** Automobile: ** Chantinglets, biels de connexion, engrenages, essieux.
* ** Aerospace: ** Composants du train d'atterrissage, attaches structurelles.
* ** Construction: ** Boulons à haute résistance, tiges d'ancrage, composants structurels.
* ** Outillage: ** marteaux, axes, exercices et matrices (souvent avec un tempérament à basse température).
* ** Fabrication: ** Arbres, broches et pièces de machine nécessitant des performances élevées.
En conclusion, la trempe et la trempe sont un processus fondamental qui permet aux ingénieurs d'adapter précisément les propriétés de l'acier à résister aux conditions de service spécifiques, ce qui en fait une pierre angulaire de la métallurgie et de la fabrication modernes.