La trempe est un processus de traitement thermique rapide pour transformer la transformation en martensite (ou bainite) en dessous de la température Ms ou près de Mme. La méthode détaillée consiste à chauffer l'acier à une température supérieure à la température critique de Ac3 (acier hypoeutectoïde) ou Ac1 (acier hyper-eutectoïde). ), puis conserver sa chaleur pendant un certain temps, le rendre tout ou partie austénitisé, et enfin le refroidir à une vitesse de refroidissement critique. Le traitement en solution de matériaux tels que les alliages d'aluminium, les alliages de cuivre, les alliages de titane, le verre trempé ou les processus de traitement thermique avec des processus de refroidissement rapide est également appelé trempe. La trempe est un processus générique de traitement thermique utilisé principalement pour augmenter la dureté des matériaux. Habituellement par catégories de milieux de trempe, il peut être divisé en trempe à l'eau, trempe à l'huile, trempe organique et similaires. Avec le développement de la science et de la technologie, de nouveaux processus de trempe ont vu le jour.

1. trempe au gaz à haute pression (HPGQ)

La pièce est refroidie rapidement et uniformément dans un fort flux de gaz inerte, ce qui peut empêcher l'oxydation de la surface, éviter les fissures, réduire la distorsion et assurer la dureté requise. Le HPGQ est principalement utilisé pour la trempe de l'acier à outils, qui a récemment progressé rapidement. À l'heure actuelle, il y a un refroidissement par air à débit élevé à pression négative (<1 × 105 Pa), un refroidissement par air à pression (1 × 105 ~ 4 × 105 Pa) et une pression élevée (5 × 105 ~ 10 × 105 Pa) refroidi par air, refroidi par air et ultra-haute pression (10 × 105 ~ 20 × 105 Pa) et d'autres nouvelles technologies qui améliorent considérablement non seulement la capacité de trempe du gaz sous vide, mais aussi l'état de la pièce trempée, qui a une bonne surface luminosité et petite déformation. HPGQ est principalement utilisé pour la trempe et la trempe des matériaux, la solution solide d'acier inoxydable et d'alliages spéciaux. Lors de la trempe avec de l'azote haute pression 6 × 105 Pa, l'acier rapide (W6Mo5Cr4V2) peut être durci à 70-100 mm, et les aciers hautement alliés peuvent atteindre 25-100 mm. L'acier de matrice de travail à froid (tel que Cr12) peut atteindre 80 ~ 100 mm.
Lors de la trempe avec de l'azote haute pression 10 x 105 Pa, la densité de charge est augmentée d'environ 30% à 40% lorsqu'elle est refroidie par une charge de refroidissement de 6 × 105 Pa. Lors de la trempe avec 20 × 105 Pa d'azote ultra-haute pression ou d'un mélange d'hélium et d'azote, la densité de la charge refroidie est 80%-150% supérieure à celle du refroidissement à l'azote 6 × 105 Pa, qui peut refroidir tout l'acier rapide et l'acier fortement allié. , le travail à chaud meurent l'acier au chrome Cr13%, et plus d'acier trempé à l'huile d'alliage, comme l'acier 9Mn2V de plus grande taille. En outre, un four de trempe refroidi par air à double chambre avec une chambre de refroidissement séparée a une meilleure capacité de refroidissement qu'un four à chambre unique du même type. L'effet de refroidissement d'un four à double chambre de 2 x 105 Pa refroidi à l'azote est comparable à un four à chambre unique de 4 x 105 Pa. Les fours à chambre unique ont des coûts de fonctionnement et d'entretien inférieurs.

Figure 1 Four sous vide refroidi au gaz à haute pression

2. trempe intense

La trempe conventionnelle est généralement effectuée avec de l'huile, de l'eau ou une solution de polymère, tandis qu'une trempe intense est effectuée avec de l'eau ou une faible concentration de saumure. La forte caractéristique de trempe est que la vitesse de refroidissement est extrêmement rapide sans se soucier de la déformation excessive et de la fissuration de l'acier.
Lorsque la trempe conventionnelle est refroidie à la température de l'agent de trempe, la surface de la pièce en acier forme une contrainte de traction ou un état de faible contrainte, tandis que la trempe intense arrête le refroidissement tandis que le noyau de la pièce est encore à chaud, et la couche superficielle forme une contrainte de compression. Dans des conditions de trempe intense, lorsque la vitesse de refroidissement de la zone de transformation de la martensite est> 30 ° C / s, l'austénite surfondue de la surface de l'acier est soumise à une contrainte de compression de 1200 MPa, ce qui augmente la limite d'élasticité de l'acier après trempe d'au moins 25%.
Le principe de la trempe intense: Lorsque l'acier est trempé à partir d'une température austénitisante, la différence de température entre la surface et le noyau provoque une contrainte interne. Le changement de volume spécifique et la plasticité de changement de phase de la structure à changement de phase provoquent également une contrainte supplémentaire de transformation de phase. Si la contrainte thermique et la contrainte de transition de phase sont superposées, c'est-à-dire que la contrainte composite dépasse la limite d'élasticité du matériau, une déformation plastique se produit; si la contrainte combinée dépasse la résistance à la traction de l'acier chaud, une fissure de trempe se forme. Au cours du processus de trempe intense, la contrainte résiduelle causée par la plasticité de la transformation de phase et le changement de volume spécifique provoqué par le changement de volume spécifique de la transformation austénite-martensite augmentent. Lors d'un refroidissement intense, la surface de la pièce est immédiatement refroidie à la température du bain et il n'y a presque pas de changement dans la température à cœur. Un refroidissement rapide provoque des contraintes de traction élevées dues au retrait de la couche de surface et à l'équilibre des contraintes par le noyau. L'augmentation du gradient de température augmente la contrainte de traction causée par la transformation initiale de la martensite, et l'augmentation de la température d'initiation de la transformation de la martensite Ms provoque l'expansion de la couche de surface causée par la plasticité de la transformation de phase, et la contrainte de traction de surface est considérablement réduite et convertie en contrainte de compression. La valeur de la contrainte de compression de surface est proportionnelle à la quantité de martensite de surface formée. Cette contrainte de compression de surface détermine si le noyau subira une transformation martensitique sous compression ou inversera la contrainte de traction de surface lors d'un refroidissement ultérieur. Si la transformation de la martensite provoque une expansion suffisante du volume du cœur et que la martensite de surface est très dure et cassante, la couche de surface sera cassée en raison de l'inversion des contraintes. Pour cette raison, la contrainte de compression sur la surface de l'acier et la transformation en martensite de l'âme devraient se produire le plus tard possible.
Test de trempe fort et propriétés après trempe de l'acier: L'avantage de la méthode de trempe forte est que la contrainte de compression est formée sur la couche de surface, la probabilité de fissuration est réduite et la dureté et la résistance sont améliorées. La couche de surface forme une structure de martensite 100%, qui donnera la plus grande couche durcie pour une nuance d'acier donnée. Par conséquent, l'acier au carbone peut être utilisé à la place de l'acier allié plus cher. Une trempe forte peut également favoriser des propriétés mécaniques uniformes et minimiser la distorsion de la pièce. Après une trempe intense de la pièce, la durée de vie sous charge alternée peut être augmentée d'un ordre de grandeur. [1]

Figure 2 Relation entre la probabilité de formation de fissures de trempe intense et la vitesse de refroidissement

3. méthode de refroidissement du mélange air-eau

En ajustant la pression de l'eau et de l'air et la distance entre la buse d'atomisation et la surface de la pièce, la capacité de refroidissement du mélange eau-air peut être modifiée et le refroidissement peut être uniformisé. La pratique de production montre que la trempe par chauffage par induction de surface de pièces complexes en acier au carbone ou en acier allié peut empêcher efficacement l'apparition de fissures de trempe.

Fig.3 Mélange eau-air

4. méthode de trempe à l'eau bouillante

Refroidir à l'eau bouillante à 100 ° C, un meilleur effet de durcissement peut être obtenu pour la trempe ou la normalisation de l'acier. Cette technologie a été appliquée avec succès à la trempe de la fonte ductile. Prenons l'exemple de l'alliage d'aluminium: selon les spécifications actuelles de traitement thermique pour les pièces forgées et les pièces forgées en alliage d'aluminium, la température de l'eau de trempe est généralement contrôlée en dessous de 60 ° C.La température de l'eau de trempe est faible, la vitesse de refroidissement est rapide et une grande une contrainte résiduelle est générée après la trempe. Lorsque le produit est finalement usiné, en raison de la forme et de la taille de surface incohérentes, la contrainte interne est déséquilibrée, entraînant la libération de contraintes résiduelles, provoquant une distorsion, une flexion, une ellipse et d'autres déformations des pièces usinées, devenant une finale irréparable déchets, avec de graves pertes. . Par exemple: les pièces forgées en alliage d'aluminium telles que les hélices et les disques de pale de compresseur sont évidemment déformées après l'usinage, ce qui entraîne des pièces surdimensionnées. Lorsque la température de l'eau de trempe est élevée de la température ambiante (30 à 40 ° C) à l'eau bouillante (90 à 100 ° C), la contrainte résiduelle du forgeage est réduite d'environ 50% en moyenne. [2]

Figure 4 Diagramme schématique de la trempe à l'eau bouillante

5. méthode de trempe à l'huile chaude

L'huile de trempe chaude est utilisée pour rendre la température de la pièce avant ou après un refroidissement ultérieur égale ou proche de la température du point Ms, afin de minimiser la différence de température et d'empêcher efficacement la distorsion et la fissuration de la pièce trempée. La trempe d'une matrice de réfrigération en acier allié de petite taille dans de l'huile chaude à 160-200 ° C peut réduire efficacement la distorsion et éviter les fissures.

Figure 5 Diagramme schématique de la trempe à l'huile chaude
[1] Fan Dongli. Forte trempe —— une nouvelle méthode de traitement thermique pour l'acier renforcé [J]. Traitement thermique, 2005, 20 (4): 1-3
[2] Song Wei, Hao Dongmei, Wang Chengjiang. Effet de la trempe à l'eau bouillante sur la microstructure et les propriétés mécaniques des pièces forgées en alliage d'aluminium [J]. Usinage de l'aluminium, 2002, 25

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