Le traitement thermique des métaux est l'un des processus importants de la fabrication mécanique. Comparé à d'autres technologies de traitement, le traitement thermique ne modifie généralement pas la forme et la composition chimique globale de la pièce, mais en modifiant la microstructure interne de la pièce ou en modifiant la composition chimique à la surface de la pièce, dotant ou améliorant les performances de la pièce. Sa caractéristique est d'améliorer la qualité intrinsèque de la pièce, qui n'est généralement pas visible à l'œil nu. Comme certains le disent, le traitement mécanique est la chirurgie, le traitement thermique est la médecine, représentant le cœur de la compétitivité de l'industrie manufacturière d'un pays.
Le processus technologique
Le processus de traitement thermique comprend généralement le chauffage, la conservation de la chaleur, le refroidissement de trois processus, parfois uniquement le chauffage et le refroidissement de deux processus. Ces processus sont interconnectés et ininterruptibles.
(chauffage)
Lorsque le métal est chauffé, la pièce est exposée à l'air, ce qui se produit souvent par oxydation et décarburation (c'est-à-dire que la teneur en carbone à la surface des pièces en acier diminue), ce qui a un effet très négatif sur les performances de surface des pièces après traitement thermique. En conséquence, le métal doit normalement être chauffé dans une atmosphère contrôlée ou une atmosphère protectrice, du sel fondu et du vide, et peut également être protégé par des méthodes de revêtement ou d'emballage.
La température de chauffage est l'un des paramètres technologiques importants dans le processus de traitement thermique. La sélection et le contrôle de la température de chauffage est le principal problème pour assurer la qualité du traitement thermique. La température de chauffage varie avec le matériau métallique traité et le but du traitement thermique, mais elle est généralement chauffée au-dessus de la température de transition de phase pour obtenir des tissus à haute température. De plus, la transformation prend un certain temps, donc lorsque la surface de la pièce métallique atteint la température de chauffage requise, elle doit être maintenue à cette température pendant un certain temps, afin que les températures internes et externes soient cohérente et la microstructure change complètement. Cette période de temps s'appelle le temps de conservation de la chaleur.
(conservation de la chaleur)
Lors de l'utilisation d'un chauffage à haute densité d'énergie et d'un traitement thermique de surface, la vitesse de chauffage est très rapide et, en général, il n'y a pas de temps de conservation de la chaleur, tandis que le temps de conservation de la chaleur du traitement thermique chimique est souvent plus long.
(refroidissement)
Le refroidissement est également une étape indispensable dans le processus de traitement thermique. La méthode de refroidissement varie d'un processus à l'autre, contrôlant principalement la vitesse de refroidissement.
Classement des processus
La technologie de traitement thermique du métal peut être divisée en trois types : traitement thermique intégral, traitement thermique de surface et traitement thermique chimique. Selon les différents moyens de chauffage, températures de chauffage et méthodes de refroidissement, chaque catégorie peut être divisée en plusieurs processus de traitement thermique différents. La microstructure différente peut être obtenue par différents processus de traitement thermique pour le même métal, il a donc des propriétés différentes. Le fer et l'acier sont les métaux les plus largement utilisés dans l'industrie, et la microstructure du fer et de l'acier est la plus complexe, il existe donc de nombreux types de technologies de traitement thermique pour le fer et l'acier.
Le traitement thermique intégral est un processus de traitement thermique du métal qui chauffe la pièce dans son ensemble, puis la refroidit à une vitesse appropriée pour obtenir la structure métallographique requise et modifier ses propriétés mécaniques globales. Le traitement thermique global du fer et de l'acier comporte approximativement quatre processus de base de recuit, de normalisation, de trempe et de revenu, à savoir les «quatre feux» du traitement thermique.
Trempe
Processus de trempe
La trempe de l'acier est un processus de traitement thermique dans lequel l'acier est chauffé à la température critique au-dessus de Ac3 (acier subeutectoïde) ou Ac1 (acier hypereutectoïde), maintenu pendant un certain temps, tout ou partie de l'acier est austénitisé, puis l'acier est refroidi plus rapidement que la vitesse de refroidissement critique jusqu'en dessous de Ms (ou isotherme proche de Ms) pour la transformation en martensite (ou bainite).
Processus : chauffage, conservation de la chaleur et refroidissement.
L'essence de la trempe est la transformation de la martensite ou de la bainite par de l'austénite surfondue pour obtenir une structure martensite ou bainite.
Le but de la trempe : (1) améliorer considérablement la rigidité, la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue et la ténacité de l'acier, afin de répondre aux différentes exigences de diverses pièces mécaniques et outils ; (2) Par trempe pour répondre au ferromagnétisme , résistance à la corrosion et autres propriétés physiques et chimiques particulières de certains aciers spéciaux.
Application: Le processus de trempe est le plus largement utilisé, comme les outils, les outils de mesure, les moules, les roulements, les ressorts et les automobiles, les tracteurs, les moteurs diesel, les machines-outils de coupe, les outils pneumatiques, les machines de forage, les machines et outils agricoles, les machines pétrolières, les machines chimiques. , des machines textiles, des avions et d'autres pièces sont utilisées dans le processus de trempe.
Le milieu de trempe
Le milieu utilisé pour le refroidissement par trempe de la pièce est appelé milieu de refroidissement par trempe (ou milieu de trempe). Le milieu de trempe idéal doit avoir la condition que la pièce peut être trempée en martensite sans causer trop de stress de trempe.
Les milieux de trempe couramment utilisés sont l'eau, une solution aqueuse, l'huile minérale, le sel fondu, l'alcali fondu, etc.
Faible niveau d'eau
L'eau est un milieu de trempe avec une forte capacité de refroidissement.
Avantages : large source, prix bas, la composition stable n'est pas facile à détériorer.
Défauts : capacité de refroidissement instable, facile à déformer ou à fissurer la pièce. Dans la zone "nez" de la courbe C (environ 500 ~ 600℃), l'eau est au stade de film de vapeur et le refroidissement n'est pas assez rapide, ce qui formera un "point mou". Cependant, dans la martensite région de température de transition (300 ~ 100 ℃), l'eau est en phase d'ébullition et le refroidissement est trop rapide, ce qui a tendance à rendre la vitesse de transition de la martensite trop rapide et à générer une grande contrainte interne, entraînant une déformation et même une fissuration de la pièce. Lorsque la température de l'eau augmente, l'eau contient plus de gaz ou d'eau mélangée à des impuretés insolubles (comme l'huile, le savon, la boue, etc.), ce qui réduira considérablement sa capacité de refroidissement.
Application : Convient pour la trempe et le refroidissement de pièces en acier au carbone avec une petite taille de section et une forme simple.
● Saumure et lessive
Ajouter une quantité appropriée de sel et d'alcali dans l'eau, immerger la pièce à haute température dans le milieu de refroidissement, dans la phase de film de vapeur précipité de sel et de cristal alcalin et éclater immédiatement, le film de vapeur sera détruit, la surface de la pièce l'oxyde est également soufflé, afin d'améliorer la capacité de refroidissement du milieu dans la zone à haute température, son défaut est le milieu corrosif.
Application : dans des circonstances normales, la concentration d'eau salée est de 10 %, la concentration de solution aqueuse de soude caustique est de 10 % ~ 15 %. Peut être utilisé comme moyen de trempe pour les pièces en acier au carbone et en acier de construction faiblement allié, la température d'utilisation ne doit pas être utilisée. dépasser 60 ℃, après la trempe doit être nettoyé en temps opportun et un traitement antirouille.
Huile faible
Le fluide de refroidissement est généralement de l'huile minérale (huile minérale). Tels que l'huile, l'huile de transformateur et le carburant diesel. L'huile est généralement de l'huile 10, 20, 30, plus l'huile est grosse, plus la viscosité est élevée, plus le point d'éclair est élevé, plus la capacité de refroidissement est faible, l'augmentation correspondante de la température d'utilisation.
Manière de trempe
● Trempe liquide unique
Il s'agit d'une opération de trempe dans laquelle des pièces chimiques austénitiques sont immergées dans un milieu de trempe et refroidies à température ambiante. Le milieu de trempe d'un liquide unique comprend de l'eau, de la saumure, de l'eau alcaline, de l'huile et un agent de trempe spécialement préparé.
Avantages : fonctionnement simple, propice à la réalisation de la mécanisation et de l'automatisation.
Inconvénients : La vitesse de refroidissement est limitée par les caractéristiques de refroidissement du milieu et affecte la qualité de la trempe.
Application : La trempe simple – liquide ne convient que pour une pièce en acier au carbone de forme simple.
● Double trempe liquide
Le composant chimique austénitique est d'abord plongé dans un milieu à fort pouvoir réfrigérant. Avant que le composant en acier n'atteigne la température du milieu de trempe, il est immédiatement retiré puis refroidi dans un autre milieu à faible capacité de refroidissement, tel que l'eau avant l'huile, l'eau avant l'air, etc. La trempe à double liquide réduit la tendance à la déformation et la fissuration, difficilement maîtrisable en fonctionnement et présentant certaines limites d'application.
● Trempe graduée à la martensite
Il consiste à plonger les pièces chimiques austénitiques dans le milieu liquide (bain de sel ou bain alcalin) au point de martensite de l'acier avec une température légèrement supérieure ou inférieure et de conserver le temps approprié. Une fois que les couches interne et externe des pièces en acier ont atteint la température moyenne, elles sont retirées pour refroidissement à l'air, afin d'obtenir le processus de trempe de la structure martensitique, également connu sous le nom de trempe graduée.
Avantages: La trempe graduée peut réduire efficacement la contrainte de transition de phase et la contrainte thermique et réduire la déformation de trempe et la tendance à la fissuration dues au refroidissement par air après que la température graduée reste à la même température à l'intérieur et à l'extérieur de la pièce.
Application: convient aux pièces en acier allié et en acier fortement allié avec une exigence de déformation élevée, ainsi qu'aux pièces en acier au carbone avec une petite taille de section et une forme complexe.
● Trempe isotherme bainite
Il s'agit d'un processus de trempe, parfois appelé trempe isotherme, dans lequel les pièces en acier sont austénitisées et rapidement refroidies à la plage de température de conversion bainite isotherme (260 ~ 400℃) pour convertir l'austénite en bainite, et le temps de conservation de la chaleur générale est de 30 ~ 60min.
● Trempe composée
La pièce a été refroidie en dessous de Ms pour obtenir 10 % ~ 20 % de martensite, puis isotherme dans la région de température de bainite inférieure. Cette méthode de refroidissement permet d'obtenir la structure M+B de la pièce avec une grande section transversale. La martensite formée lors de la pré-trempe peut favoriser la transformation bainitique et revenu martensite à isotherme. La trempe composée pour les pièces en acier à outils allié peut éviter le premier type de fragilité de revenu et réduire le volume d'austénite résiduel, c'est-à-dire la tendance à la déformation et à la fissuration.
Trempe
Processus de trempe
Le revenu est un processus de traitement thermique dans lequel la pièce trempée est réchauffée à une température appropriée en dessous de la température critique inférieure et refroidie à température ambiante dans l'air, l'eau, l'huile et d'autres milieux après avoir été maintenue pendant un certain temps.
Le but du revenu : (1) éliminer la contrainte résiduelle de la pièce pendant la trempe pour éviter la déformation et la fissuration ; (2) Ajuster la dureté, la résistance, la plasticité et la ténacité de la pièce pour répondre aux exigences de performance ; (3) Stabiliser la structure et la taille pour assurer la précision ; (4) Améliorer et améliorer les performances d'usinage.
Classification de la trempe
● Trempe à basse température
Fait référence au revenu de la pièce à 150 ~ 250 ℃.
Objectif : Maintenir une dureté et une résistance à l'usure élevées de la pièce trempée et réduire les contraintes résiduelles de trempe et la fragilité.
La martensite trempée est le tissu obtenu par trempe de la martensite à basse température.
Application : outils de coupe, outils de mesure, moules, roulements, pièces de cémentation et de trempe superficielle, etc.
● Chaleur modérée
Fait référence au revenu de la pièce entre 350 ~ 500℃.
Objectif : obtenir une élasticité et une limite d'élasticité élevées, une ténacité appropriée. La trochtite de revenu est obtenue après revenu, ce qui signifie que la matrice de ferrite formée par la martensite de revenu est répartie dans la structure de phase complexe du carbure sphérique extrêmement fin (ou cémentite).
Application : ressort, matrice de forgeage, outil d'impact, etc.
● Trempe à haute température
Fait référence à la trempe de la pièce au-dessus de 500 ℃.
Objectif : Obtenir de meilleures propriétés mécaniques globales de résistance, de plasticité et de ténacité.
Après revenu, le Soxhlet revenu est obtenu, ce qui signifie que la matrice de ferrite formée par le revenu de la martensite est distribuée dans la structure de phase complexe du carbure sphérique fin (y compris la cémentite).
Est-ce le feu
Normaliser
Processus de normalisation
La normalisation est un processus de traitement thermique des métaux dans lequel l'acier est chauffé à 30-50 ℃ au-dessus de la température critique (la température d'austénitisation complète), puis retiré du four pour être refroidi à l'air ou par un jet d'eau, pulvérisation, ou un coup d'air après avoir tenu l'acier pendant un temps approprié.
Objectif :(1) uniformiser le raffinement du grain et la répartition du carbure ;(2) supprimer les contraintes internes du matériau ;(3) augmenter la dureté du matériau.
Avantages : (1) la vitesse de refroidissement de normalisation est légèrement plus rapide que la vitesse de refroidissement de recuit, de sorte que l'espace lamellaire de perlite obtenu est plus petit, la structure de normalisation est plus fine que la structure recuite, de sorte que sa dureté et sa résistance sont plus élevées ; (2) Refroidissement externe d'une normalisation le four n'occupe pas d'équipement et a une productivité élevée.
Application : convient uniquement pour l'acier au carbone et l'acier faiblement et moyennement allié, pas pour l'acier fortement allié. Étant donné que l'austénite de l'acier fortement allié est très stable, le refroidissement à l'air entraînera également un tissu de martensite.
Le but spécifique
(1) Pour l'acier à faible teneur en carbone et l'acier faiblement allié, la normalisation peut améliorer sa dureté pour améliorer son usinabilité ;
(2) Pour l'acier à carbone moyen, la normalisation peut remplacer le traitement de revenu pour préparer la trempe à haute fréquence et réduire la déformation des pièces en acier et les coûts de traitement ;
(3) Pour l'acier à haute teneur en carbone, la normalisation peut éliminer la structure du réseau de cémentite et faciliter le recuit de sphéroïdisation ;
(4) La normalisation peut être utilisée à la place de la trempe pour les grandes pièces forgées en acier ou les pièces moulées en acier avec des changements brusques de section pour réduire la tendance à la déformation et à la fissuration ou pour préparer la trempe ;
(5) Pour les pièces de contre-réparation trempées en acier, l'influence de la surchauffe peut être éliminée en normalisant de sorte que l'acier puisse être trempé à nouveau ;
(6) Il est utilisé pour la fonte pour augmenter le corps en perlite et améliorer la résistance et la résistance à l'usure de la pièce moulée.
Recuit
Processus de recuit
Le processus de traitement thermique dans lequel un métal ou un alliage est chauffé à une température appropriée, maintenu pendant un certain temps, puis refroidi lentement (généralement lorsque le four refroidit) est appelé recuit.
L'essence du recuit est de chauffer l'acier jusqu'à l'austénitisation pour la transformation de la perlite, et le tissu recuit est celui qui est presque équilibré.
But du recuit :
(1) réduire la dureté de l'acier, améliorer la plasticité et faciliter l'usinage et le traitement de déformation à froid ;
(2) Uniformiser la composition chimique et la structure de l'acier, affiner le grain, améliorer les performances de l'acier ou préparer la structure de trempe ;
(3) Élimine les contraintes internes et l'écrouissage pour éviter la déformation et la fissuration.
Méthode de recuit
1. Recuit complet
Processus : chauffer l'acier à Ac3 au-dessus de 20 ~ 30 ℃, après l'avoir maintenu pendant un certain temps, le refroidir lentement (avec le four) pour obtenir un processus de traitement thermique (austénitisation complète) avec une structure presque équilibrée. Dans la production réelle, afin d'améliorer la productivité, le refroidissement par recuit à environ 500 ℃ sera retiré du four pour le refroidissement à l'air.
Objectif : Affiner le grain, uniformiser la structure, éliminer les contraintes internes, réduire la dureté et améliorer l'usinabilité de l'acier. La microstructure de l'acier sous-eutectoïde après recuit complet est F+P.
Application : Le recuit complet est principalement utilisé pour l'acier subeutectoïde (WC = 0.3 ~ 0.6 %), généralement l'acier à carbone moyen et les pièces moulées en acier allié à faible et moyenne teneur en carbone, les pièces forgées et les profilés laminés à chaud, et parfois utilisé pour leurs soudures.
Recuit incomplet
Processus : chauffer l'acier en Ac1~Ac3 (acier subeutectoïde) ou Ac1~Accm (acier hypereutectoïde) après conservation de la chaleur et refroidissement lent pour obtenir un processus de traitement thermique proche de la structure d'équilibre.
Application: il est principalement utilisé pour obtenir une structure perlitique sphérique d'acier hypereutectoïde afin d'éliminer les contraintes internes, de réduire la dureté et d'améliorer l'usinabilité.
3. Recuit isotherme
Processus : chauffer l'acier à une température supérieure à Ac3 (ou Ac1). Après avoir maintenu l'acier pendant une période de temps appropriée, il est rapidement refroidi à une certaine température dans la région de la perlite, et un entretien isotherme est effectué pour convertir l'austénite en perlite, puis refroidi à l'air à température ambiante.
Objectif : Semblable au recuit complet, la transformation est facile à contrôler.
Application : convient aux aciers plus stables : aciers à haute teneur en carbone (wc > 0.6 %), aciers à outils alliés, aciers fortement alliés (quantité totale d'éléments d'alliage > 10 %). Le recuit isotherme est également bénéfique pour obtenir une structure et des propriétés uniformes. Cependant, il ne convient pas aux pièces en acier de grande section et aux grandes quantités de charge, car le recuit isotherme n'est pas facile à faire en sorte que l'intérieur de la pièce ou la pièce en lot atteigne une température isotherme.
4. Recuit de sphéroïdisation
Procédé : Un procédé de traitement thermique pour la sphérification des carbures dans l'acier afin d'obtenir de la perlite granulaire. Lors du chauffage à une température supérieure à Ac1 de 20 ~ 30 ℃, le temps de maintien ne doit pas être trop long, généralement 2 ~ 4h est approprié. La méthode de refroidissement est généralement un refroidissement au four ou environ 20 ℃ en dessous de Ar1 pendant une longue période isotherme.
Objectif : réduire la dureté, uniformiser la structure et améliorer l'usinabilité en vue de la trempe.
Application : principalement utilisé dans l'acier eutectoïde et l'acier hypereutectoïde, tels que l'acier à outils au carbone, l'acier à outils allié, l'acier à roulement, etc. La perlite sphéroïdale est obtenue par recuit sphéroïdal. Dans la perlite sphéroïdale, la cémentite est sphérique avec de fines particules dispersées sur la matrice de ferrite. Par rapport aux lamelles, la perlite sphérique a une dureté inférieure et est facile à usiner, et les grains d'austénite ne sont pas faciles à grossir et moins sujets à la déformation et à la fissuration pendant la trempe et le chauffage.
5. Recuit de diffusion (recuit uniforme)
Processus : un processus de traitement thermique dans lequel le lingot, la coulée ou le forgeage est chauffé à une température légèrement inférieure à celle de la ligne de phase solide pendant une longue période de temps, puis refroidi lentement pour éliminer l'inhomogénéité chimique.
Objectif : Éliminer la ségrégation des dendrites et la ségrégation régionale lors de la solidification et homogénéiser la composition et la structure.
Application: Utilisé dans certains aciers alliés de haute qualité et des pièces moulées et des lingots d'acier allié à ségrégation sérieuse. La température de chauffage du recuit de diffusion est très élevée, généralement 100 ~ 200 ℃ au-dessus de Ac3 ou Accm. La température spécifique dépend du degré de ségrégation et du type d'acier. Le temps de maintien est généralement de 10 à 15 heures. Après recuit de diffusion, un recuit complet et un traitement de normalisation sont nécessaires pour affiner la structure.
6. Recuit anti-stress
Processus : chauffer l'acier à une certaine température en dessous de Ac1 (généralement 500 ~ 650 ℃), maintenir la chaleur, puis refroidir avec le four.
La température de recuit sous contrainte est inférieure à A1, de sorte que le recuit sous contrainte ne provoque pas de modification des tissus.
Objectif : Éliminer les contraintes internes résiduelles.
Application : principalement utilisé pour éliminer les contraintes résiduelles des pièces moulées, forgées, des pièces soudées, des pièces laminées à chaud, des pièces étirées à froid, etc. Si ces contraintes ne sont pas éliminées, elles peuvent provoquer des déformations ou des fissures dans l'acier après une certaine période de temps. ou lors d'un usinage ultérieur.