Processus de traitement thermique

Le traitement thermique fait référence à un processus de traitement thermique des métaux dans lequel le matériau est à l'état solide par chauffage, conservation de la chaleur et refroidissement pour obtenir la structure et les propriétés souhaitées.

1. Normalisation : chauffage de l'acier ou des pièces en acier à une température appropriée au-dessus du point critique AC3 ou ACM pendant une certaine période de temps, puis refroidissement à l'air pour obtenir un processus de traitement thermique de la structure perlitique.

2. Recuit : la pièce en acier hypoeutectoïde est chauffée à 20-40 degrés au-dessus de AC3, et après avoir été maintenue pendant un certain temps, elle est lentement refroidie avec le four (ou enterrée dans du sable ou refroidie dans de la chaux) pour un traitement thermique processus de refroidissement dans l'air en dessous de 500 degrés.

3. Traitement thermique en solution solide : l'alliage est chauffé dans une région monophasée à haute température et maintenu à une température constante, de sorte que la phase en excès soit entièrement dissoute dans la solution solide, puis refroidie rapidement pour obtenir une solution solide sursaturée.

4. Vieillissement : après que l'alliage a été soumis à un traitement thermique de mise en solution ou à une déformation plastique à froid, lorsque l'alliage est placé à température ambiante ou maintenu légèrement au-dessus de la température ambiante, ses propriétés changent avec le temps.

5. Traitement de solution solide : dissoudre complètement les différentes phases de l'alliage, renforcer la solution solide, améliorer la ténacité et la résistance à la corrosion, éliminer les contraintes et ramollir, afin de poursuivre le traitement et le formage.

6. Traitement de vieillissement : chauffage et maintien de la température à la température de précipitation de la phase de renforcement, de sorte que la phase de renforcement soit précipitée, durcie et que la résistance soit améliorée.

7. Trempe : Un processus de traitement thermique dans lequel l'acier est austénitisé puis refroidi à une vitesse de refroidissement appropriée, de sorte que la pièce puisse subir des transformations de martensite et d'autres microstructures instables dans tout ou une certaine plage de la section transversale.

8. Revenu : La pièce trempée est chauffée à une température appropriée en dessous du point critique AC1 pendant une certaine période de temps, puis refroidie par une méthode qui répond aux exigences pour obtenir la structure et les propriétés requises.

9. Carbonitruration de l'acier : La carbonitruration est le processus d'infiltration simultanée de carbone et d'azote dans la surface de l'acier. Traditionnellement, la carbonitruration, également connue sous le nom de cyanuration, est largement utilisée dans la carbonitruration gazeuse à moyenne température et la carbonitruration gazeuse à basse température (c'est-à-dire la nitruration gazeuse douce). L'objectif principal de la carbonitruration gazeuse à moyenne température est d'améliorer la dureté, la résistance à l'usure et la résistance à la fatigue de l'acier. La carbonitruration gazeuse à basse température est principalement une nitruration, et son objectif principal est d'améliorer la résistance à l'usure et la résistance au grippage de l'acier.

10. Trempe et revenu : Il est généralement d'usage de combiner le traitement thermique avec la trempe et le revenu à haute température comme trempe et revenu. Le traitement de trempe et de revenu est largement utilisé dans diverses pièces structurelles importantes, en particulier les bielles, les boulons, les engrenages et les arbres qui fonctionnent sous des charges alternées. La structure de sorbite trempée est obtenue après un traitement de trempe et de revenu, et ses propriétés mécaniques sont meilleures que la structure de sorbite normalisée avec la même dureté. Sa dureté dépend de la température de revenu à haute température et est liée à la stabilité au revenu de l'acier et à la taille de la section de la pièce, généralement comprise entre HB200-350.

11. Brasage : un processus de traitement thermique dans lequel deux pièces sont chauffées, fondues et liées ensemble avec du métal d'apport de brasage.

Deuxièmement, les caractéristiques du processus

Le traitement thermique des métaux est l'un des processus importants dans la fabrication de machines. Comparé à d'autres processus de traitement, le traitement thermique ne modifie généralement pas la forme et la composition chimique globale de la pièce, mais modifie la microstructure à l'intérieur de la pièce ou modifie la composition chimique de la surface de la pièce. , pour donner ou améliorer les performances de la pièce. Il se caractérise par l'amélioration de la qualité intrinsèque de la pièce, qui n'est généralement pas visible à l'œil nu. Afin de conférer à la pièce métallique les propriétés mécaniques, physiques et chimiques requises, en plus d'une sélection raisonnable de matériaux et de divers processus de formage, un processus de traitement thermique est souvent essentiel. L'acier est le matériau le plus utilisé dans l'industrie des machines. La microstructure de l'acier est complexe et peut être contrôlée par un traitement thermique. Par conséquent, le traitement thermique de l'acier est le contenu principal du traitement thermique des métaux. De plus, l'aluminium, le cuivre, le magnésium, le titane, etc. et leurs alliages peuvent également modifier leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques par traitement thermique pour obtenir des performances différentes.

3. Processus

Le processus de traitement thermique comprend généralement trois processus de chauffage, de conservation de la chaleur et de refroidissement, et parfois il n'y a que deux processus de chauffage et de refroidissement. Ces processus sont interconnectés et ininterrompus.

Le chauffage est l'un des processus importants du traitement thermique. Il existe de nombreuses méthodes de chauffage pour le traitement thermique des métaux. Les premiers utilisaient du charbon de bois et du charbon comme sources de chaleur, et plus récemment, des combustibles liquides et gazeux ont été utilisés. L'application de l'électricité rend le chauffage facile à contrôler et exempt de pollution environnementale. Ces sources de chaleur peuvent être utilisées pour le chauffage direct ou le chauffage indirect à travers des sels ou des métaux fondus, ainsi que des particules flottantes.

Lorsque le métal est chauffé, la pièce est exposée à l'air, et l'oxydation et la décarburation se produisent souvent (c'est-à-dire que la teneur en carbone à la surface de la pièce en acier est réduite), ce qui a un effet très néfaste sur les propriétés de surface de la pièces après traitement thermique. Par conséquent, le métal doit généralement être chauffé dans une atmosphère contrôlée ou une atmosphère protectrice, en sel fondu et sous vide, et peut également être protégé par des méthodes de revêtement ou d'emballage.

La température de chauffage est l'un des paramètres de processus importants du processus de traitement thermique. Le choix et le contrôle de la température de chauffage sont les principaux enjeux pour assurer la qualité du traitement thermique. La température de chauffage varie avec le matériau métallique à traiter et le but du traitement thermique, mais généralement elle est chauffée au-dessus de la température de transition de phase pour obtenir une structure à haute température. De plus, la transformation prend un certain temps. Par conséquent, lorsque la surface de la pièce métallique atteint la température de chauffage requise, elle doit être maintenue à cette température pendant un certain temps pour que les températures interne et externe soient cohérentes et que la microstructure change complètement. Cette période de temps s'appelle le temps de maintien. Lorsque le chauffage à haute densité d'énergie et le traitement thermique de surface sont utilisés, la vitesse de chauffage est extrêmement rapide et il n'y a généralement pas de temps de maintien, tandis que le temps de maintien du traitement thermique chimique est souvent plus long.

Le refroidissement est également une étape indispensable dans le processus de traitement thermique. La méthode de refroidissement varie selon les différents processus, contrôlant principalement la vitesse de refroidissement. Généralement, la vitesse de refroidissement du recuit est la plus lente, la vitesse de refroidissement de la normalisation est plus rapide et la vitesse de refroidissement de la trempe est plus rapide. Cependant, il existe également des exigences différentes en raison des différents types d'acier. Par exemple, l'acier trempé creux peut être durci avec la même vitesse de refroidissement que la normalisation.

Quatre, classification des processus

Le processus de traitement thermique des métaux peut être grossièrement divisé en trois catégories : le traitement thermique global, le traitement thermique de surface et le traitement thermique chimique. Selon les différents moyens de chauffage, la température de chauffage et la méthode de refroidissement, chaque catégorie peut être divisée en plusieurs processus de traitement thermique différents. Le même métal adopte différents procédés de traitement thermique pour obtenir des structures différentes et donc avoir des propriétés différentes. L'acier est le métal le plus utilisé dans l'industrie et la microstructure de l'acier est également la plus complexe. Il existe donc de nombreux types de procédés de traitement thermique de l'acier.

Le traitement thermique global 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 pour modifier ses propriétés mécaniques globales. Le traitement thermique global de l'acier comporte généralement quatre processus de base : le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu.

Processus signifie :

Le recuit consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, à adopter différents temps de maintien en fonction du matériau et de la taille de la pièce, puis à la refroidir lentement, le but est de faire en sorte que la structure interne du métal atteigne ou se rapproche de l'état d'équilibre, obtenir une bonne processus de performance et de performance, ou pour une trempe supplémentaire Préparez-vous à l'organisation.

La normalisation consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, puis à la refroidir à l'air. L'effet de la normalisation est similaire à celui du recuit, mais la structure obtenue est plus fine. Il est souvent utilisé pour améliorer les performances de coupe des matériaux, et est parfois utilisé pour certaines pièces à faibles exigences. comme traitement thermique final.

La trempe consiste à refroidir rapidement la pièce dans un milieu de trempe tel que de l'eau, de l'huile ou d'autres sels inorganiques et des solutions aqueuses organiques après avoir chauffé et maintenu la pièce au chaud. Après trempe, l'acier devient dur, mais en même temps devient cassant. Afin d'éliminer la fragilité dans le temps, il est généralement nécessaire de tempérer dans le temps.

Afin de réduire la fragilité des pièces en acier, les pièces en acier trempées sont maintenues à une température appropriée supérieure à la température ambiante mais inférieure à 650 degrés C pendant une longue période, puis refroidies. Ce processus s'appelle la trempe. Le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu sont les "quatre feux" du traitement thermique global. Parmi eux, la trempe et le revenu sont étroitement liés et sont souvent utilisés ensemble, et aucun n'est indispensable. Les "quatre feux" ont évolué différents processus de traitement thermique avec différentes températures de chauffage et méthodes de refroidissement. Afin d'obtenir une certaine résistance et ténacité, le processus de combinaison de la trempe et du revenu à haute température est appelé trempe et revenu. Une fois que certains alliages sont trempés pour former une solution solide sursaturée, ils sont maintenus à température ambiante ou à une température appropriée légèrement supérieure pendant une longue période pour améliorer la dureté, la résistance ou les propriétés électriques et magnétiques de l'alliage. Un tel procédé de traitement thermique est appelé traitement de vieillissement.

La méthode consistant à combiner efficacement et étroitement la déformation sous pression et le traitement thermique pour que la pièce obtienne une bonne résistance et ténacité est appelée traitement thermique de déformation; le traitement thermique dans une atmosphère à pression négative ou sous vide est appelé traitement thermique sous vide, ce qui non seulement fait que la pièce n'est pas oxydée ou décarburée, la surface de la pièce après traitement reste lisse et les performances de la pièce sont améliorées.

Le traitement thermique de surface est un processus de traitement thermique des métaux qui ne chauffe que la surface de la pièce pour modifier les propriétés mécaniques de la surface. Afin de ne chauffer que la couche superficielle de la pièce sans laisser passer trop de chaleur à l'intérieur de la pièce, la source de chaleur utilisée doit avoir une densité d'énergie élevée, c'est-à-dire qu'une plus grande quantité d'énergie thermique est transmise à la pièce. par unité de surface, de sorte que la couche de surface ou la zone locale dela pièce peut être à court terme ou instantanée. atteindre une température élevée. Les principales méthodes de traitement thermique de surface sont la trempe à la flamme et le traitement thermique par induction. Les sources de chaleur couramment utilisées sont les flammes telles que l'oxyacétylène ou l'oxypropane, le courant induit, le laser et le faisceau d'électrons.

Le traitement thermique chimique est un processus de traitement thermique des métaux qui modifie la composition chimique, la structure et les propriétés de la surface de la pièce. La différence entre le traitement thermique chimique et le traitement thermique de surface est que le premier modifie la composition chimique de la surface de la pièce. Le traitement thermique chimique consiste à chauffer la pièce dans un milieu (gaz, liquide, solide) contenant du carbone, du sel ou d'autres éléments d'alliage, et à la conserver longtemps, de sorte que la couche superficielle de la pièce soit infiltrée d'éléments tels que le carbone , azote, bore et chrome. Après infiltration des éléments, d'autres traitements thermiques comme la trempe et le revenu sont parfois réalisés. Les principales méthodes de traitement thermique chimique sont la cémentation, la nitruration et la métallisation.

Le traitement thermique est l'un des processus importants dans la fabrication de pièces mécaniques et d'outillage. D'une manière générale, il peut garantir et améliorer diverses propriétés de la pièce, telles que la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, etc. Il peut également améliorer la structure et l'état de contrainte de l'ébauche pour faciliter divers traitements à froid et à chaud.

Par exemple : la fonte blanche peut être de la fonte malléable après un traitement de recuit à long terme pour améliorer la plasticité ; les engrenages adoptent le processus de traitement thermique correct, et la durée de vie peut être doublée ou des dizaines de fois supérieure à celle des engrenages sans traitement thermique ; L'infiltration de certains éléments d'alliage a des propriétés d'acier allié coûteuses, qui peuvent remplacer certains aciers résistants à la chaleur et aciers inoxydables ; presque tous les outils et matrices doivent être traités thermiquement avant de pouvoir être utilisés.

Pourquoi les tuyaux en acier doivent-ils être traités thermiquement ?

La fonction du traitement thermique est d'améliorer les propriétés mécaniques des tubes en acier et des tubes en acier de précision, d'éliminer les contraintes résiduelles et d'améliorer les performances d'usinage des tubes en acier.

Selon les différents objectifs du traitement thermique, le processus de traitement thermique peut être divisé en deux catégories : le traitement thermique préliminaire et le traitement thermique final.

1. Traitement thermique préparatoire

Le but du traitement thermique préparatoire est d'améliorer l'aptitude au traitement, d'éliminer les contraintes internes et de préparer une bonne structure métallographique pour le traitement thermique final. Le processus de traitement thermique comprend le recuit, la normalisation, le vieillissement, la trempe et le revenu, etc.

(1) Recuit et normalisation

Le recuit et la normalisation sont utilisés pour les ébauches travaillées à chaud. L'acier au carbone et l'acier allié avec une teneur en carbone supérieure à {{0}}.5 % sont souvent recuits afin de réduire leur dureté et faciles à couper ; acier au carbone et acier allié avec une teneur en carbone inférieure à 0,5%, afin d'éviter de coller au couteau lorsque leur dureté est trop faible, et l'utilisation d'un traitement de normalisation. Le recuit et la normalisation peuvent encore affiner les grains et la structure uniforme pour se préparer au traitement thermique ultérieur. Le recuit et la normalisation sont généralement programmés après la fabrication des ébauches et avant l'usinage d'ébauche.

(2) Traitement du vieillissement

Le traitement de vieillissement est principalement utilisé pour éliminer les contraintes internes générées lors de la fabrication et de l'usinage des ébauches.

Afin d'éviter une charge de transport excessive, pour les pièces de précision générale, un traitement de vieillissement peut être prévu avant la finition. Cependant, pour les pièces nécessitant une grande précision (comme le caisson de l'aléseuse à coordonnées, etc.), deux ou plusieurs traitements de vieillissement doivent être prévus. Les pièces simples ne sont généralement pas soumises à un traitement de vieillissement.

En plus des pièces moulées, pour certaines pièces de précision peu rigides (telles que les vis de précision), afin d'éliminer les contraintes internes générées lors de l'usinage et de stabiliser la précision d'usinage des pièces, de multiples traitements de vieillissement sont souvent agencés entre l'ébauche et la semi-finition. finition. Pour certaines pièces d'arbre, un traitement de vieillissement doit également être organisé après le processus de redressement.

(3) Trempe et revenu

La trempe et le revenu sont le traitement de revenu à haute température après la trempe, qui peut obtenir une structure de sorbiture trempée uniforme et méticuleuse pour se préparer à la réduction de la déformation lors du traitement ultérieur de trempe et de nitruration de surface. Par conséquent, la trempe et le revenu peuvent également être utilisés comme traitement thermique préliminaire.

En raison des bonnes propriétés mécaniques globales des pièces après trempe et revenu, certaines pièces qui ne nécessitent pas une dureté et une résistance à l'usure élevées peuvent également être utilisées comme processus de traitement thermique final.

2. Traitement thermique final

Le but du traitement thermique final est d'améliorer les propriétés mécaniques telles que la dureté, la résistance à l'usure et la résistance.

1 Trempe

La trempe comprend la trempe superficielle et la trempe intégrale. Parmi eux, la trempe de surface est largement utilisée en raison de moins de déformation, d'oxydation et de décarburation, et la trempe de surface présente également les avantages d'une résistance externe élevée et d'une bonne résistance à l'usure, tout en maintenant une bonne ténacité interne et une forte résistance aux chocs. Afin d'améliorer les propriétés mécaniques des pièces trempées en surface, un traitement thermique tel que la trempe et le revenu ou la normalisation est souvent requis comme traitement thermique préliminaire. Le processus général est le suivant : découpe -- forgeage -- normalisation (recuit) -- ébauche -- trempe et revenu -- semi-finition -- surface trempe -- finition.

(2) Cémentation et trempe

La carburation et la trempe conviennent à l'acier à faible teneur en carbone et à l'acier faiblement allié. Tout d'abord, la teneur en carbone de la couche superficielle de la pièce est augmentée. Après trempe, la couche de surface peut obtenir une dureté élevée, tandis que le noyau conserve toujours une certaine résistance et une ténacité et une plasticité élevées. La cémentation est divisée en cémentation globale et en cémentation locale. Lors d'une cémentation locale, des mesures anti-filtration (placage de cuivre ou placage de matériau anti-filtration) doivent être prises pour la partie non carburée. En raison de la grande déformation de la carburation et de la trempe, et la profondeur de carburation est généralement comprise entre 0.5 et 2 mm, le processus de carburation est généralement disposé entre la semi-finition et la finition.

La voie du processus est généralement : découpage - forgeage - normalisation - dégrossissage, semi-finition - cémentation et trempe - finition.

Lorsque la partie non carburée de la partie carburée locale adopte le plan de processus d'élimination de la couche carburée en excès après avoir augmenté l'allocation, le processus d'élimination de la couche carburée en excès doit être organisé après la cémentation et avant la trempe.

(3) Traitement de nitruration

La nitruration est une méthode d'infiltration d'atomes d'azote dans la surface métallique pour obtenir une couche de composés contenant de l'azote. La couche de nitruration peut améliorer la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la fatigue et la résistance à la corrosion de la surface de la pièce. Parce que la température de nitruration est basse, la déformation est faible et la couche de nitruration est mince (généralement pas plus de 0.6~0.7mm), le processus de nitruration doit être arrangé aussi loin que possible. Afin de réduire la déformation lors de la nitruration, il est généralement nécessaire d'effectuer un revenu à haute température pour relâcher les contraintes.

De plus, selon sa structure, le four de traitement thermique continu à sole à rouleaux peut être divisé en tubes d'acier à un étage, à deux étages et à trois étages. Les fours à rouleaux à deux ou trois étages sont principalement utilisés pour le traitement thermique brillant des tubes en acier sans soudure et sont généralement appelés fours de traitement thermique à rouleaux brillants. Un four de traitement thermique continu à sole roulante.

La méthode de traitement thermique est spécifiée dans la norme sur les tubes en acier sans soudure ; certains produits. La norme spécifie les exigences de performance auxquelles les tubes en acier sans soudure doivent répondre. Généralement, le traitement thermique fini des tubes en acier sans soudure en acier à faible teneur en carbone est principalement entièrement recuit ou normalisé ; tandis que le tuyau en acier sans soudure en acier inoxydable austénitique au chrome-nickel adopte le traitement par solution du tuyau en acier Shandong Sinoma.

Une fois le tube en acier sans soudure laminé à chaud, les inclusions non métalliques dans l'acier (principalement des sulfures et des oxydes et des silicates) sont pressées en feuilles minces et un phénomène de délaminage (sandwich) se produit. La contrainte résiduelle causée par un refroidissement irrégulier est beaucoup plus importante que la contrainte causée par la charge.