Qu’est-ce que la trempe des métaux – Définition

Les métaux peuvent être traités thermiquement pour modifier les propriétés de résistance, de ductilité, de ténacité, de dureté ou de résistance à la corrosion. Il existe un certain nombre de phénomènes qui se produisent dans les métaux et alliages à des températures élevées. Par exemple, la recristallisation et la décomposition de l’austénite. Ceux-ci sont efficaces pour modifier les caractéristiques mécaniques lorsque des traitements thermiques ou des processus thermiques appropriés sont utilisés. En fait, l’utilisation de traitements thermiques sur les alliages commerciaux est une pratique extrêmement courante. Les processus de traitement thermique courants comprennent le recuit, le durcissement par précipitation, la trempe et le revenu.

Trempe

Le terme revenu fait référence à un traitement thermique utilisé pour augmenter la ténacité des alliages à base de fer. La trempe est généralement effectuée après le durcissement, pour réduire une partie de l’excès de dureté, et se fait en chauffant le métal à une température inférieure au point critique pendant une certaine période de temps, puis en le laissant refroidir à l’air calme. La trempe rend le métal moins dur tout en le rendant plus apte à supporter les impacts sans se casser. Le revenu entraînera la précipitation des éléments d’alliage dissous ou, dans le cas des aciers trempés, améliorera la résistance aux chocs et les propriétés ductiles. Lors du chauffage, les atomes de carbone diffusent et réagissent en une série d’étapes distinctes qui forment finalement Fe₃C ou un carbure d’alliage dans une matrice de ferrite de niveau de contrainte progressivement décroissant.

Pour la trempe, la température est beaucoup plus importante que le temps à température. La température exacte détermine la quantité de dureté retirée et dépend à la fois de la composition spécifique de l’alliage et des propriétés souhaitées dans le produit fini. Par exemple, les outils très durs sont souvent trempés à basse température, entre 150 et 200° et conservent une grande partie de la dureté et de la résistance de la martensite trempée et offrent une légère amélioration de la ductilité et de la ténacité. Alors que les ressorts sont tempérés à des températures beaucoup plus élevées. Un revenu au-dessus de 425 °C améliore considérablement la ductilité et la ténacité, mais au détriment de la dureté et de la résistance. Dans certaines conditions, la dureté peut ne pas être affectée par le revenu ou même en être augmentée. De plus, les aciers alliés qui contiennent un ou plusieurs des éléments formant du carbure (chrome, molybdène, vanadium et tungstène) sont capables de durcissement secondaire: ils peuvent devenir un peu plus durs à la suite du revenu.

Autrempe

L’austempering est un traitement thermique utilisé pour former de la bainite pure , une microstructure de transition trouvée entre la perlite et la martensite. L’austénitisation consiste à refroidir rapidement la pièce métallique de la température d’austénitisation à environ 230 à 400 °C, en maintenant à une température constante pour permettre une transformation isotherme. Pour éviter la formation de perlite ou de martensite, l’acier est trempé dans un bain de métaux en fusion ou de sels. L’acier est ensuite maintenu à la température de formation de la bainite, au-delà du point où la température atteint un équilibre, jusqu’à ce que la bainite se forme complètement. L’acier est ensuite retiré du bain et refroidi à l’air, sans formation de perlite ou de martensite. Selon la température de maintien, l’austreme peut produire de la bainite supérieure ou inférieure.

Bainite est une microstructure en forme de plaque qui se forme dans les aciers à partir d’austénite lorsque les vitesses de refroidissement ne sont pas assez rapides pour produire de la martensite mais sont encore assez rapides pour que le carbone n’ait pas assez de temps pour se diffuser pour former de la perlite. le différence clé entre la perlite et la bainite est que la perlite contient des couches alternées de ferrite et de cémentite tandis que la bainite a une microstructure en forme de plaque. Fine structure non lamellaire, la bainite est généralement constituée de cémentite et de ferrite riche en dislocations. La grande densité de dislocations dans la ferrite présente dans la bainite et la taille fine des plaquettes bainitiques rendent cette ferrite plus dure qu’elle ne le serait normalement. Les aciers bainitiques sont généralement plus résistants et plus durs que les aciers perlitiques; pourtant ils présentent une résistance supérieure aux chocs.

La trempe est applicable à la plupart des aciers à moyenne teneur en carbone et des aciers alliés. Les aciers faiblement alliés sont généralement limités à des sections de 9,5 mm ou moins, tandis que les aciers plus durcissables peuvent être trempés en sections jusqu’à 50 mm d’épaisseur.

Le terme trempe fait référence à un traitement thermique dans lequel un matériau est rapidement refroidi dans de l’eau, de l’huile ou de l’air pour obtenir certaines propriétés du matériau, en particulier la dureté. Dans les alliages ferreux, la trempe est le plus souvent utilisée pour durcir l’acier en introduisant de la martensite, tandis que les alliages non ferreux deviendront généralement plus mous que la normale. Au-dessus de cette température critique, un métal est partiellement ou totalement austénitisé, la vitesse de refroidissement de l’acier doit être rapide pour laisser l’austénite se transformer en bainite ou martensite métastable.

Le choix d’un milieu de trempe dépend de la trempabilité de l’alliage particulier, de l’épaisseur et de la forme de la section impliquée et des vitesses de refroidissement nécessaires pour obtenir la microstructure souhaitée.

Martensite trempée

La capacité relative d’un alliage ferreux à former de la martensite est appelée trempabilité. La trempabilité est couramment mesurée comme la distance sous une surface trempée à laquelle le métal présente une dureté spécifique de 50 HRC, par exemple, ou un pourcentage spécifique de martensite dans la microstructure. La dureté la plus élevée d’un acier perlitique est de 43 HRC alors que la martensite peut atteindre 72 HRC. Martensite fraîche est très fragile si la teneur en carbone est supérieure à environ 0,2 à 0,3 %. Il est si fragile qu’il ne peut pas être utilisé pour la plupart des applications. Cette fragilité peut être supprimée (avec une certaine perte de dureté) si l’acier trempé est légèrement chauffé dans un processus connu sous le nom de revenu. La trempe est réalisée en chauffant un acier martensitique à une température inférieure à l’eutectoïde pendant une période de temps spécifiée (par exemple entre 250°C et 650°C).

Ce traitement thermique de revenu permet, par des procédés diffusionnels, la formation de martensite revenue, selon la réaction :

martensite (BCT, monophasé) → martensite revenu (ferrite + phases Fe₃C)

où la martensite monophasique BCT, sursaturée en carbone, se transforme en martensite trempée, composée des phases stables de ferrite et de cémentite. Sa microstructure est similaire à la microstructure de la sphéroïdite, mais dans ce cas, la martensite trempée contient des particules de cémentite extrêmement petites et uniformément dispersées intégrées dans une matrice de ferrite continue. La martensite trempée peut être presque aussi dure et résistante que la martensite, mais avec une ductilité et une ténacité sensiblement améliorées.

Autres processus

• Recuit. Le terme recuit fait référence à un traitement thermique dans lequel un matériau est exposé à une température élevée pendant une période de temps prolongée, puis refroidi lentement. Dans ce processus, le métal se débarrasse des contraintes et rend la structure du grain large et à bords doux de sorte que lorsque le métal est frappé ou stressé, il se bosse ou peut-être se plie, plutôt que de se casser; il est également plus facile de poncer, meuler ou couper le métal recuit.
• Trempe. Le terme trempe fait référence à un traitement thermique dans lequel un matériau est rapidement refroidi dans de l’eau, de l’huile ou de l’air pour obtenir certaines propriétés du matériau, en particulier la dureté. En métallurgie, la trempe est le plus souvent utilisée pour durcir l’acier en introduisant de la martensite. Il existe un équilibre entre la dureté et la ténacité dans n’importe quel acier; plus l’acier est dur, moins il est dur ou résistant aux chocs, et plus il est résistant aux chocs, moins il est dur.
• Trempe. Le terme revenu fait référence à un traitement thermique utilisé pour augmenter la ténacité des alliages à base de fer. La trempe est généralement effectuée après le durcissement, pour réduire une partie de l’excès de dureté, et se fait en chauffant le métal à une température inférieure au point critique pendant une certaine période de temps, puis en le laissant refroidir à l’air calme. La trempe rend le métal moins dur tout en le rendant plus apte à supporter les impacts sans se casser. Le revenu entraînera la précipitation des éléments d’alliage dissous ou, dans le cas des aciers trempés, améliorera la résistance aux chocs et les propriétés ductiles.
• Vieillissement. Le durcissement vieillissant, également appelé durcissement par précipitation ou durcissement des particules, est une technique de traitement thermique basée sur la formation de particules extrêmement petites et uniformément dispersées d’une seconde phase dans la matrice de phase d’origine pour améliorer la résistance et la dureté de certains alliages métalliques. Le durcissement par précipitation est utilisé pour augmenter la limite d’élasticité des matériaux malléables, y compris la plupart des alliages structuraux d’aluminium, de magnésium, de nickel, de titane et de certains aciers et aciers inoxydables. Dans les superalliages, il est connu de provoquer une anomalie de la limite d’élasticité offrant une excellente résistance à haute température.

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