Qu'est-ce que la trempe?

En métallurgie, la trempe est définie comme "l'extraction contrôlée de la chaleur". Le mot le plus important dans cette définition est "contrôlé". La trempe est une méthode rapide de retour des métaux à température ambiante après traitement thermique pour empêcher le processus de refroidissement de modifier de manière significative la microstructure du métal. En immergeant un objet métallique dans de l'huile ou de l'eau, le choix du liquide ou de l'air forcé est appelé un milieu, après quoi le métal est rapidement refroidi à partir des températures élevées lors de sa formation. Ceci est souvent utilisé pour préserver les propriétés mécaniques liées à la structure cristalline ou à la distribution de phase, qui sont perdues lors d'un refroidissement lent. Cette technique est généralement appliquée aux objets en acier qui confèrent de la dureté. D'autre part, les objets en cuivre durcis par martelage ou autre déformation à température normale peuvent être restaurés à un état malléable par chauffage et trempe.

Comment tremper

Les milieux de trempe couramment utilisés comprennent les polymères à usage spécial, la convection à air forcé, l'eau douce, la saumure et l'huile. L'eau est un milieu efficace lorsqu'il s'agit d'obtenir une dureté maximale de l'acier. Cependant, l'utilisation d'eau peut provoquer la fissuration ou la déformation du métal.

Si une dureté extrême n'est pas requise, de l'huile minérale, de l'huile de baleine ou de l'huile de coton peut être utilisée dans le processus de trempe. Pour les non-initiés, le processus d'extinction peut sembler dramatique. Lorsque le métallurgiste transfère le métal chaud dans le milieu sélectionné, une grande quantité de vapeur s'élève du métal.

Milieu de trempe

Il existe une variété de supports de trempe disponibles pour effectuer le processus de trempe. Chaque milieu a ses propres caractéristiques de trempe uniques. Les considérations relatives au type de média utilisé incluent la vitesse de trempe, les préoccupations environnementales du média de trempe, le remplacement du média de trempe et le coût du média de trempe. Voici les principaux types de milieux de trempe :

Air

Pétrole

l'eau

eau salée

Air

L'air est un milieu de trempe populaire utilisé pour refroidir les métaux pour la trempe. L'abordabilité est l'un des principaux avantages de l'air. Son prix abordable est le résultat de son abondance sur terre. En fait, tout matériau qui est chauffé puis refroidi à température ambiante simplement en restant seul est considéré comme trempé à l'air. La trempe à l'air est également plus intentionnelle lorsqu'elle est comprimée et forcée autour du métal à tremper. Cela refroidit les pièces plus rapidement que l'air calme, bien que même l'air comprimé puisse encore refroidir de nombreux métaux trop lentement pour modifier les propriétés mécaniques.

Pétrole

L'huile peut tremper le métal chauffé plus rapidement que l'air comprimé. Pour tremper avec de l'huile, placez la partie chauffée dans un réservoir rempli d'une sorte d'huile. L'huile peut également être rincée à travers les pièces. En raison des différents taux de refroidissement et points d'éclair, différents types d'huiles sont généralement utilisés en fonction de l'application. Cependant, le taux de trempe de l'huile est bien inférieur à celui de l'eau. La ferrite et la troostite peuvent se former même en petites portions. Des taux intermédiaires entre l'eau et l'huile peuvent être atteints avec de l'eau contenant 10-30 % d'Ucon, une substance à solubilité inverse et qui se dépose donc sur les objets pour ralentir la vitesse de refroidissement. Pour minimiser la déformation, les objets cylindriques longs doivent être trempés verticalement, les bords des pièces plates et des pièces épaisses entrant en premier dans le bain de fusion. Pour éviter que des bulles de vapeur ne forment des points faibles, le bain d'eau de trempe doit être agité.

Eau

L'eau est également capable de tremper rapidement les métaux chauffés. Il refroidit le métal plus rapidement que l'huile. D'une manière similaire à la trempe à l'huile, le réservoir est rempli d'eau et le métal chauffé y est immergé. Il peut également être rincé à travers les pièces. L'un des avantages de l'eau est que l'inflammabilité du milieu n'est pas un problème. De plus, l'eau est l'un des milieux de trempe les plus efficaces nécessitant une dureté maximale, mais elle est sujette à la déformation et à la fissuration du produit. Là où la fermeté peut être sacrifiée, utilisez des huiles de baleine, de graines de coton et minérales. Ceux-ci ont tendance à s'oxyder et à former des boues, ce qui réduit l'efficacité.

Eau salée

La saumure est un mélange d'eau et de sel. L'eau salée se refroidit plus rapidement que l'air, l'eau et l'huile. La raison en est que le mélange de sel et d'eau empêche la formation de bulles lorsqu'il entre en contact avec le métal chauffé. Cela signifie qu'une plus grande partie de la surface du métal sera recouverte de liquide plutôt que de bulles.

Acier trempé

Lors de l'examen du processus de trempe, l'acier mérite une mention spéciale car ses propriétés mécaniques sont très sensibles à la trempe. Grâce à un processus de trempe appelé durcissement par trempe, l'acier est porté à une température supérieure à sa température de recristallisation et rapidement refroidi par le processus de trempe. Par rapport au refroidissement lent, la trempe rapide modifie la structure cristalline de l'acier. Selon la teneur en carbone et les éléments d'alliage de l'acier, il peut laisser derrière lui une microstructure plus dure et plus fragile, telle que la martensite ou la bainite, lorsqu'il subit le processus de durcissement par trempe. Ces microstructures conduisent à une augmentation de la résistance et de la dureté de l'acier. Cependant, ils rendent l'acier sensible à la fissuration et réduisent considérablement la ductilité. Pour cette raison, certains aciers sont recuits ou normalisés après le processus de trempe.

Processus de trempe

Le processus de trempe est conçu pour modifier la microstructure du métal en conjonction avec des processus thermiques. Si cela est fait correctement, cela produira une résistance maximale et un bon allongement dans le moulage.

La trempe de l'acier est généralement réalisée par immersion dans de l'eau, de l'huile, une solution de polymère ou du sel, bien que de l'air forcé soit parfois utilisé. À la suite de la trempe, le matériel de production doit développer une microstructure trempée acceptable et, dans les zones critiques, les propriétés mécaniques doivent répondre aux spécifications minimales après la trempe de la pièce. L'efficacité de la trempe dépend des propriétés de refroidissement du milieu de trempe par rapport à la capacité de trempe de l'acier. Par conséquent, les résultats peuvent varier en modifiant la composition de l'acier ou l'agitation, la température et le type de milieu de trempe.

La conception du système de trempe et la minutie de la maintenance du système contribuent au succès du procédé. La conception de la pièce contribue également aux propriétés mécaniques et à la déformation due à la trempe.