Traitement thermique des métaux et alliages. Matériaux métalliques Traitement thermique et mécanique

L'augmentation de la résistance et d'autres propriétés mécaniques des métaux est obtenue de plusieurs manières, l'une des plus courantes étant le traitement thermomécanique. Cette méthode combine traitement thermique et déformation plastique.

Traitement thermomécanique des métaux(TMO) est utilisé par l'homme depuis longtemps, les forgerons de l'Antiquité fabriquaient des lames en utilisant cette technologie, ils chauffaient la pièce dans une forge, puis la traitaient avec un marteau et la refroidissaient brusquement dans de l'eau froide, le processus était répété plusieurs fois.

De cette manière, il a été possible de créer des produits solides, tranchants et suffisamment résistants. De nos jours, un effet similaire est également utilisé sur le métal et les alliages ; Considérons quels types de TMT existent et quelles caractéristiques des pièces ils augmentent.

Il existe de tels types de traitement thermomécanique:

• Haute température;


• Basse température.

Pour chaque type de métal et d'alliage, un schéma de traitement est sélectionné individuellement, car tous les matériaux diffèrent par leurs propriétés physiques et chimiques. Familiarisons-nous plus en détail avec la technologie de ces processus.

Traitement thermomécanique à haute température des métaux

La déformation du métal dans ce type de traitement se produit après son chauffage préliminaire. La température du matériau doit être supérieure à la température de recristallisation, c'est-à-dire qu'il doit être à l'état austénitique.

La déformation plastique conduit au fait qu'un durcissement se forme sur l'austénite, après quoi le métal est soumis à une trempe et un revenu.

Le traitement thermomécanique du métal à haute température donne les résultats suivants :

• Abaissement du seuil de température de fragilité à froid;


• Résistance accrue à la rupture fragile ;


• Le développement de la fragilité au revenu est éliminé;


• Augmenter la résistance aux chocs ;


• Sensibilité réduite à la fissuration lors du traitement thermique.

Un tel traitement se prête aux aciers alliés, de construction, à ressort, au carbone et à outils.

Traitement thermomécanique à basse température des métaux

Dans ce type de traitement, la pièce est également chauffée à l'état d'austénite, elle est maintenue dans cet état, puis un refroidissement se produit. Il est important que la température après refroidissement soit inférieure à la température de recristallisation et supérieure à la température de transformation martensitique. Dans cet état, une déformation plastique des pièces est effectuée.

On pratique également la déformation de l'austénite, qui est dans un état surfondu lorsque sa température est égale à la température de transformation bainitique.

Traitement thermomécanique à basse température du métal ne donne pas de stabilité au matériau lors de la trempe, de plus, la déformation plastique est effectuée à l'aide d'un équipement puissant. Ces facteurs limitent la portée cette méthode dans l'industrie.

Où le traitement thermomécanique des métaux est-il utilisé ?

Il existe de nombreux domaines dans lesquels le traitement thermomécanique des métaux est utilisé, car il contribue à améliorer considérablement la qualité des pièces fabriquées.

Le principal avantage de cette technologie est qu'elle permet d'augmenter simultanément la plasticité et la résistance du matériau, ce qui est un phénomène unique.

Dans l'ingénierie mécanique, les industries de la défense et des transports, ces qualités sont très appréciées, car la technologie est utilisée assez souvent.

Puisque le métal est renforcé et les défauts de son réseau cristallin sont éliminés, produits finis la résistance à l'érosion et à la corrosion augmente, il n'y a pas de contrainte résiduelle en eux, la durée de vie est considérablement augmentée.

Quel équipement est utilisé pour le traitement thermomécanique des métaux

Le traitement thermomécanique du métal implique l'utilisation de dispositifs spéciaux pour le chauffage, le refroidissement et la pression sur la pièce.

Tout d'abord, des fours spéciaux sont utilisés pour chauffer les pièces, leur régime de température peut être différent, tout dépend du type de matériau à traiter.

La déformation plastique est effectuée sur des machines spéciales - il peut s'agir de brochage, de forgeage ou d'emboutissage.

Des agrégats puissants peuvent être inclus dans des lignes automatiques, ce qui simplifie grandement le processus de traitement et le rend plus productif.

Équipement pour TMO à l'exposition

Vous pouvez découvrir comment se déroulent le TMT et d'autres processus de traitement des métaux, qui se dérouleront à l'Expocentre de Moscou.

L'événement sera intéressant pour les propriétaires d'installations industrielles et de petits ateliers à visiter, car les représentants de plus de 1 000 entreprises feront la démonstration des dernières machines, outils et autres équipements.

De plus, des exposants de différents pays présenteront leurs technologies innovantes, qui contribuent à optimiser l'activité et à augmenter sa rentabilité.

Informations générales. Le traitement thermique de l'acier et d'autres matériaux de structure est un processus technologique de traitement thermique d'ébauches, de pièces de machines et d'outils, à la suite duquel la microstructure du matériau change, et avec elle les propriétés mécaniques, physicochimiques et technologiques. Les processus de traitement thermique des matériaux de structure sont associés à des transformations allotropiques (polymorphisme), ainsi qu'à une modification de la composition chimique du matériau produit.

Les pièces, pièces forgées, embouties, ainsi que les pièces finies et les outillages sont soumis à un traitement thermique pour leur conférer les propriétés nécessaires : dureté, résistance, résistance à l'usure, élasticité, élimination des contraintes internes et amélioration de l'usinabilité.

L'essence du traitement thermique consiste à chauffer le métal à une température légèrement supérieure ou inférieure aux températures critiques, à maintenir ces températures et à refroidir rapidement ou lentement. Au cours du processus de refroidissement, des modifications allotropiques se produisent dans la structure du métal, à la suite desquelles les propriétés mécaniques changent considérablement. Avec un refroidissement rapide, la dureté, la résistance à l'usure, l'élasticité, etc. augmentent, avec un refroidissement lent - ductilité, résistance aux chocs, usinabilité. De plus, il existe un traitement thermique associé à une modification de la composition chimique du matériau du produit, dit traitement chimico-thermique.

Selon la méthode de chauffage et la profondeur de chauffage, des transformations allotropiques se produisent sur toute la section transversale ou uniquement dans les couches superficielles des pièces. Lorsqu'elles sont chauffées à une certaine température, maintenues à cette température et refroidies à une certaine vitesse, la microstructure des pièces change sur toute la section.

La modification de la composition chimique des couches superficielles des pièces s'accompagne de leur durcissement ou de modifications d'autres propriétés.

Il existe les méthodes suivantes de traitement thermique des aciers:

• le traitement thermique volumétrique des aciers, réalisé dans le but de modifier la microstructure des alliages métalliques à l'état solide, et de leur conférer les propriétés nécessaires dans tout le volume des pièces usinées (trempe, revenu, recuit, normalisation) ;
• traitement thermique de surface de l'acier, provoquant une modification de la structure et des propriétés uniquement dans la couche superficielle du produit;
• le traitement chimico-thermique, qui consiste à chauffer des produits métalliques avec des substances susceptibles de modifier la composition et la structure, principalement de la couche superficielle de la pièce ;
• traitement électrothermique réalisé par chauffage par induction avec des courants à haute fréquence, ainsi que par chauffage par contact et chauffage dans des électrolytes ;
• traitement thermomécanique associé au chauffage de produits soumis, par exemple, à des opérations de laminage, d'étirage et similaires, afin d'éliminer le durcissement dû à la déformation plastique.

Transformation en acier lorsqu'il est chauffé. Les transformations de l'acier lors du chauffage sont associées à l'atteinte de températures critiques par les alliages, au cours desquelles des transformations de phase se produisent.

Dans le système des alliages fer-carbone, les désignations de températures critiques suivantes sont adoptées: la température de la ligne PSK (voir Fig. 3.6) est notée A 1 (727 ° C), la température de la ligne MO est A 2 ( 768 ° C), la température de la ligne GOS est A 3 (727 ... 911 ° C), la température de la ligne ES - Suis(727 ... 1 147 ° C). Pour distinguer la température critique obtenue lors du refroidissement de la température critique obtenue lors du chauffage, la lettre r (Ar 1, Ar 2) est placée devant l'index numérique lors du refroidissement, et avec (Ac 1, Ac 2) lors du chauffage.

La transformation de la perlite en austénite, en parfaite conformité avec le diagramme Fe-Fe 3 C, peut être achevée à une température de 727°C

(Ac 1) à chauffage lent. Le taux de transformation de la perlite en austénite dépend directement de la teneur en carbone de l'acier.

A une température de 768°C (point de Curie - Ac 2), les aciers perdent leurs propriétés magnétiques.

La fin du processus de transformation est caractérisée par la formation d'austénite et la disparition de la perlite.

Lorsque des aciers à teneur en carbone inférieure à 0,8 %, c'est-à-dire hypoeutectoïdes, de structure initiale constituée de ferrite et de perlite, sont chauffés, les transformations structurales suivantes se produisent. A une température de 727 °C, la perlite se transforme en austénite. Dans le même temps, une structure à deux phases est préservée - à partir d'austénite et de ferrite. Avec un chauffage supplémentaire, la transformation de la ferrite en austénite se produit, qui se termine lorsque la température critique Ac 3 est atteinte, c'est-à-dire sur la ligne GOS.

Dans les aciers hypereutectoïdes, lorsqu'elle est chauffée au-dessus de la température Ac 1, la cménite se dissout dans l'austénite (selon la raie SE), qui se termine à la température critique Ac m, c'est-à-dire sur la ligne SE.

Pour une compréhension plus complète des processus de transformations structurales, considérons le schéma de la transformation isotherme de la perlite en austénite lors du chauffage (Fig. 1).

Riz. une. t - température ; τ - temps ; A - austénite; P - perlite; C - cémentite; v 1 et v 2 - taux de chauffage ; Ac 1 - température critique (eutectoïde)

La perlite étant un mélange de cémentite et de ferrite dans un rapport d'environ 1: 6, lorsqu'elle est chauffée, des grains d'austénite se forment à l'interface entre la ferrite et la cémentite. Un chauffage ultérieur conduit à la dissolution de la cémentite dans l'austénite et à une croissance supplémentaire des grains d'austénite. Avec la croissance des grains d'austénite, une augmentation progressive de la fraction massique de carbone dans l'austénite se produit. La vitesse de chauffage affecte également la transformation de la perlite en austénite. Dans le diagramme, les rayons v 1 et v 2 représentent graphiquement différentes vitesses de chauffage. Plus la vitesse de chauffage est faible, plus les températures auxquelles se produit l'ensemble du processus de transformations de phase sont basses.

Une caractéristique importante de l'acier est la tendance à la croissance des grains d'austénite lorsqu'il est chauffé. Avec une croissance des grains à une légère surchauffe au-dessus du point critique, l'acier est considéré comme héréditairement à gros grains. Si le grain commence à croître avec une plus grande surchauffe, il est héréditairement à grain fin. La croissance des grains est fortement influencée par diverses impuretés qui pénètrent dans l'acier pendant le processus de fusion. La tendance à la croissance des grains d'austénite est une caractéristique de fusion.

La taille des grains affecte les propriétés mécaniques des aciers. L'acier à grains fins a une résistance aux chocs nettement plus élevée que l'acier à gros grains, ce facteur doit donc être pris en compte lors du traitement thermique des aciers.

La granulométrie réelle est la granulométrie dans les conditions normales de température après un certain type de traitement thermique. Une échelle standard a été adoptée pour déterminer la taille des grains. GOST 5639-82* présente une échelle d'estimation de la taille des grains selon un système en dix points (Fig. 2).

Riz. 2. Échelle de grain en acier standard (100x):1-10 - points de grains

La granulométrie est déterminée au centuple par rapport à une échelle standard. Pour déterminer la granulométrie, l'acier doit être chauffé à une température de 930 °C. Si à cette température le nombre de grains est de 1 à 4, alors cet acier est héréditairement à gros grains. Les aciers avec un nombre de grains de 5 à 8 ou plus sont héréditairement à grains fins. Les éléments d'alliage (vanadium, tungstène, molybdène, titane...) contribuent à la formation d'une macrostructure héréditairement à grains fins. Un tel acier se prête bien à tout type de traitement de déformation à haute température (laminage, forgeage, emboutissage, etc.). Il n'y a pas de grossissement du grain et pas de diminution des propriétés mécaniques. En règle générale, la plupart des aciers alliés, ainsi que les aciers calmes, sont intrinsèquement à grain fin. Tous les aciers bouillants sont héréditairement à gros grains, ont une faible résistance aux chocs et une grande fragilité à froid.

Transformations de l'acier au refroidissement. Lors du refroidissement des aciers à structure austénitique, différentes transformations peuvent se produire, en fonction de la vitesse de refroidissement. Considérons le schéma de la transformation isotherme de l'austénite en perlite (Fig. 3). Les courbes de transformation de l'austénite ont une caractéristique en forme de C et montrent que le taux de transformation n'est pas le même. Le taux de conversion maximal correspond à un refroidissement inférieur à Ac 1 (727 °C) de 170 °C. Les courbes de début et de fin de transformations sont décalées vers la droite et correspondent à la plus grande stabilité.

Riz. 3. t - température ; τ - temps ; A - austénite; P - perlite; B - bainite; M - martensite; A ost - austénite résiduelle; T - troostite; F-ferrite; C - cémentite; C-sorbitol; v 1 et v 2 - vitesses de refroidissement ; M n et M à - respectivement, la température de début et de fin de la transformation martensitique ; Et p - demi-austénite; v cr - vitesse critique

La courbe de gauche sur le diagramme correspond à la limite du début des transformations, la courbe de droite montre la fin de la transformation austénitique. La transformation de l'austénite en perlite est de nature diffusionnelle.

La vitesse de diffusion dépend du degré de surfusion ou de la vitesse de refroidissement. Les produits de transformation de la perlite ont une structure lamellaire, sont définis comme la perlite, la sorbite et la troostite et diffèrent par leur degré de finesse. Mais si la perlite est une structure d'équilibre, alors la sorbite et la troostite sont des structures hors d'équilibre, dans lesquelles la teneur en carbone est supérieure ou inférieure à 0,8 %. Il existe également une transformation intermédiaire (bainitique) dans la plage de température de 500 à 350 °C. À un degré de surfusion plus élevé (jusqu'à 230 ° C), l'austénite est dans un état instable, il n'y a pas de processus de diffusion et une solution solide sursaturée en carbone se forme.

La transformation martensitique de l'acier a trois caractéristiques. Premièrement, la transformation martensitique a un caractère sans diffusion. Deuxièmement, les cristaux de martensite sont orientés. La troisième caractéristique est que la transformation martensitique se produit lors d'un refroidissement continu dans la plage de certaines températures pour chaque acier. La température à laquelle commence la transformation martensitique est appelée point martensitique et est notée M n, et la température finale est notée M k. La position des points M n et M k sur le diagramme dépend de la quantité de carbone dans l'acier et la présence d'éléments d'alliage. En règle générale, une teneur élevée en carbone et la présence d'éléments d'alliage abaissent la position des pointes.

Superposons des graphiques de vitesses de refroidissement sur le diagramme et traçons un diagramme de l'influence de la vitesse de refroidissement sur la température des transformations austénitiques. D'après les diagrammes, nous voyons que plus la vitesse de refroidissement est élevée, plus la structure résultante est dispersée. À basse vitesse, v 1 perlite se forme, à vitesse plus élevée v 2 - sorbite et encore plus v cr - troostite. A une vitesse de refroidissement supérieure à v cr, une partie de l'austénite se transforme en martensite. La vitesse de refroidissement minimale à laquelle toute l'austénite est surfondue jusqu'au point M n et se transforme en martensite est appelée vitesse de trempe critique. Ce processus de transformation en martensite est d'une grande importance pratique et constitue la base du traitement thermique.

La transformation perlitique de l'acier est utilisée dans le processus de recuit; martensitique - pendant le durcissement; intermédiaire - pendant le durcissement isotherme.

Les propriétés mécaniques de l'acier à structure perlite, sorbite et troostite dépendent du degré de diminution de la température de décomposition et de la finesse de la structure ferrite-cémentite. Dans le même temps, la dureté, la résistance à la traction, la fluidité et l'endurance augmentent.

La structure de la martensite a une dureté et une résistance plus élevées et dépend également de la teneur en carbone de l'acier. Le facteur négatif de la structure martensitique est une fragilité accrue. Comme déjà mentionné, les éléments d'alliage affectent la position des points M n et M k et, par conséquent, affectent le taux de durcissement pratique, généralement vers le bas.

Mode de traitement thermique. Le processus de traitement thermique en vue de modifier la structure et les propriétés mécaniques consiste en des opérations de chauffage du produit, de maintien à une température donnée et de refroidissement à une certaine vitesse. paramètres processus technologique le traitement thermique sera la température maximale de chauffage de l'alliage, le temps de maintien à une température donnée et la vitesse de chauffage et de refroidissement.

Le chauffage de l'acier est l'une des principales opérations de traitement thermique, dont dépendent les transformations de phase et de structure, les changements de propriétés physiques et mécaniques, de sorte que le mode de chauffage est déterminant pour obtenir les caractéristiques spécifiques de l'alliage. En pratique, il existe des vitesses de chauffage techniquement possibles et techniquement admissibles pour chaque pièce ou lot de pièces.

La vitesse de chauffage techniquement possible dépend de la méthode de chauffage, du type d'appareils de chauffage, de la forme et de l'emplacement des produits, de la masse des pièces chauffées simultanément et d'autres facteurs.

La vitesse de chauffage techniquement admissible, ou technologique, dépend de la composition chimique de l'alliage, de la structure, de la configuration du produit et de la plage de température à laquelle le chauffage est effectué. Le temps d'exposition est le temps nécessaire à l'égalisation complète des températures dans tout le volume des produits et, par conséquent, à l'achèvement de toutes les transformations de phase et de structure.

Le refroidissement est le processus final mis en œuvre pour obtenir la structure souhaitée avec les propriétés mécaniques requises.

En fonction de la température de chauffage et de la vitesse de refroidissement, on distingue les principaux types de traitement thermique suivants : recuit, normalisation et trempe suivi d'un revenu.

Riz. 4. 1 - perlite + ferrite; 2 - austénite; 3 - martensite; 4 - troostite; 5 - sorbitol; 6 - ferrite + perlite

Sur la fig. 4 montre les microstructures obtenues à la suite du chauffage et du refroidissement de l'acier de nuance 40 s vitesse différente. Les caractéristiques de ces microstructures sont considérées dans le tableau. une.

Tableau 1. Caractéristiques des microstructures formées à la suite du chauffage et du refroidissement de l'acier 40
Structure	Définition	Mode de refroidissement	Point critique	Caractéristique	Dureté HB
Perlite +	Mélange mécanique de particules de perlite et de ferrite lors de la décomposition de l'austénite.	Avec refroidissement lent de l'austénite par diffusion du carbone. Refroidissement naturel à un rythme jusqu'à 50°C/h	En dessous de 730 °C	Plus dur et plus résistant que la ferrite, mais moins plastique, magnétique, de forme granuleuse	160 … 200
Sorbitol	Mélange mécanique de ferrite et de cémentite. La structure est plus dispersée que la perlite. La teneur en carbone n'est pas limitée	Avec refroidissement accéléré dans la plage de température 600 ... 700 °C. refroidissement se déplaçant à une vitesse de 50°C/s	Sous Ac1	Plastique et visqueux, magnétique, plus résistant que la perlite	270 … 320
Troostite	Mélange mécanique de ferrite et de cémentite. La structure est encore plus dispersée que le sorbitol. La teneur en carbone n'est pas limitée	Avec refroidissement accéléré dans la plage de température 400 ... 600 °C. Refroidissement à une vitesse de 100 °C/s	Sous Ac1	Magnétique, plus fort que le sorbitol	330 … 400
Martensite	Solution solide de carbone et d'autres éléments dans le fer. La teneur en carbone n'est pas limitée	Lors du refroidissement à une vitesse de 150 ° C / s et plus	En dessous de 150 °C	Fragile, dur, magnétique. La dureté dépend de la teneur en carbone. Peu de conductivité thermique et électrique	650 … 750

2. Recuit et normalisation

Recuit. Le recuit est le traitement d'adoucissement des pièces et des pièces, qui consiste à chauffer à une certaine température dans les points critiques et ensuite à refroidir lentement avec le four. Le but principal du recuit est d'éliminer l'hétérogénéité structurelle des pièces et des ébauches obtenues par traitement sous pression, coulée, forgeage et soudage, et de recristalliser les structures des pièces (y compris l'obtention de la microstructure de la perlite granulaire et de la cémentite). Avec l'élimination de l'hétérogénéité structurelle, il y a une modification des propriétés mécaniques et technologiques, la suppression des contraintes internes, l'élimination de la fragilité, une diminution de la dureté, une augmentation de la résistance, de la ductilité et de la résistance aux chocs, une amélioration de la formabilité et de l'usinabilité. En pratique, on distingue les recuits du premier et du second type.

Recuit de première espèce - c'est le chauffage de pièces et de pièces à structure hors d'équilibre pour obtenir une structure d'équilibre stable.

Recuit de seconde espèce - il s'agit du chauffage des pièces et des pièces au-dessus des températures critiques, suivi d'un refroidissement lent pour obtenir un état stable de la structure. Le chauffage des pièces et des ébauches au-dessus des températures critiques assure une recristallisation complète de la structure métallique. Par exemple, l'acier de construction au carbone de nuance 40 coulé ou forgé aura une structure déformée sous la forme de gros grains de ferrite et de perlite (Fig. 5a). Lorsque cet acier est chauffé à une température supérieure à Ac 3, la structure déformée se transforme en austénite et, lors d'un refroidissement lent, en une structure d'équilibre sous forme de grains fins de forme régulière de ferrite et de perlite (Fig. 5, b). Cette structure se caractérise par une dureté élevée, une fragilité et une faible usinabilité. Après l'opération de recuit complet, la structure est agrandie, les grains de perlite sont uniformément répartis, la dureté est réduite et l'usinabilité est améliorée. C'est l'essence du processus de recuit des pièces et des ébauches.

Riz. 5. Microstructure de l'acier de nuance 40 obtenue par coulée et forgeage (a) et après normalisation (b)

Un facteur important déterminant la qualité du recuit est bon choix la température de chauffage, qui est déterminée par le diagramme fer-carbone (cémentite) en fonction de la nuance d'acier et de la fraction massique de carbone. Ainsi, les aciers hypereutectoïdes sont chauffés à la température critique Ac 3 + (20 ... 30 ° C), les aciers hypereutectoïdes pour recuit incomplet sont chauffés à la température critique Ac 1 + (20 ... 30 ° C). Lorsque l'acier est chauffé au-dessus de la température critique Ac 3 ou Ac m(selon les marques) la microstructure de la perlite se transforme en une microstructure d'austénite à grains fins.

Pour un recuit de haute qualité, il est nécessaire de sélectionner correctement la vitesse et la température de chauffage, ainsi que la vitesse de refroidissement.

Types de recuit. En pratique, les types de recuit suivants sont utilisés : complet, incomplet, à basse température, isotherme, de planage ou de diffusion (Fig. 6).

Recuit complet soumis à l'emboutissage, au forgeage et au moulage d'acier hypoeutectoïde et hypereutectoïde pour la recristallisation de leur microstructure déformée. La température de chauffage pour un recuit complet est choisie 20 ... 30 ° C au-dessus du point critique Ac 3 (Fig. 7, a) et est refroidie à une température de 500 ° C avec le four, puis refroidie à l'air. Après recuit complet, la structure déformée est corrigée, le grain est broyé et les grains de perlite et de ferrite sont répartis uniformément sur toute la section des pièces. Dans le même temps, la dureté diminue, la résistance aux chocs, la résistance et la plasticité augmentent, l'usinabilité s'améliore et, surtout, les contraintes internes sont supprimées.

Riz. 6.

Riz. 7. Schéma de recuit complet (a) et incomplet (b) des aciers au carbone :

Recuit partiel utilisé principalement pour les pièces et ébauches en aciers hypereutectoïdes. Pour les aciers hypoeutectoïdes, ce type de recuit est utilisé pour les pièces forgées, embouties et coulées, dont la microstructure a acquis la forme à grain fin d'équilibre correcte. Avec un recuit incomplet (Fig.7, b), les pièces sont chauffées à la température critique Ac 1 + (20 ... 30 ° C), maintenues à cette température et refroidies avec le four à une température Ac 1 - (20 ... 30°C), maintenu à cette température puis refroidi conjointement avec le four à une température de 500°C, puis la pièce est refroidie à l'air.

Avec un recuit incomplet, une microstructure de perlite granulaire (sphéroïdisée) ou de cémentite granulaire est obtenue. Cela réduit également les contraintes internes. La microstructure nouvellement obtenue de la perlite granulaire réduit la dureté, augmente la ductilité et la résistance aux chocs. Usinabilité améliorée.

À l'aide d'un recuit incomplet, ils soulagent les contraintes internes, empêchent le gauchissement et la formation de microfissures et améliorent l'usinabilité des pièces et des pièces. Lors du chauffage, les pièces sont maintenues longtemps dans le four pour leur chauffage complet et refroidies avec le four (à une vitesse ne dépassant pas 60 ° C / h). Le recuit incomplet, en termes de but et de processus physico-chimiques se produisant en détail, est similaire au recuit de sphéroïdisation.

Recuit à basse température il est utilisé pour les pièces et ébauches obtenues par forgeage, emboutissage et coulée, dont la structure n'a pas subi de déformation particulière, est dans un état d'équilibre et ne nécessite pas de correction, sa recristallisation n'est pas nécessaire. À cet égard, les pièces sont soumises à un recuit à basse température afin de soulager les contraintes internes, d'améliorer l'usinabilité par découpe, emboutissage. A ces fins, les pièces sont chauffées en dessous du point critique Ac 1 . Le chauffage s'effectue lentement à une vitesse pouvant aller jusqu'à 150°C/h, maintenu à cette température, après une longue exposition, les pièces sont refroidies en même temps que le four ou à l'air.

Recuit isotherme les pièces de petites sections en aciers alliés et au carbone sont soumises à. Dans ce cas, les aciers de construction sont chauffés à une température de 30 ... 40 ° C au-dessus du point critique Ac 1, et les aciers à outils - à une température de 50 ... 100 ° C au-dessus du point critique Ac 3. Après chauffage et préchauffage (maintien), les pièces sont transférées dans un autre four (bain), où elles sont refroidies à une température de 50...100°C inférieure à celle obtenue au départ

processus. A cette température, les pièces sont conservées jusqu'à la décomposition complète (isotherme) de l'austénite en perlite granulaire. Au cours de cette opération thermique, la dureté diminue, la résistance et la ductilité augmentent, et l'usinabilité par diverses opérations technologiques s'améliore. Le schéma de recuit isotherme d'une pièce forgée en acier allié KhVG est illustré à la fig. 8, un.

Comme on peut le voir sur le schéma, le chauffage du forgeage après forgeage s'effectue par étapes. Tout d'abord, ils sont refroidis de 50 ... 100 ° C en dessous du point critique Ac 1, maintenus à cette température, puis chauffés au-dessus du point critique Ac 1 de 20 ... 50 ° C, maintenus à cette température pendant une longue période et refroidi avec le four.

Une variante du recuit isotherme est recuit pour perlite granulaire (Fig. 8b). Le recuit de la perlite granulaire est effectué par chauffage et refroidissement par étapes jusqu'à la décomposition complète de l'austénite en perlite granulaire. Tout d'abord, le chauffage est effectué jusqu'au point critique Ac 1 + (20 ... 30 ° C), puis il est refroidi à une température inférieure à Ac 1 (700 ° C) puis chauffé à nouveau à une température de 500 ... 660°C. Après une longue exposition à la dernière température, les pièces sont refroidies à l'air.

Riz. huit. Schéma de recuit isotherme (a) et de recuit pour les pièces forgées en perlite granulaire (b) à partir de la nuance d'acier allié KhVG :t - température ; τ - temps ; Ac 1, Ac 3 - températures critiques

Dans la plupart des pièces moulées, y compris celles en alliages fer-carbone, on obtient une hétérogénéité dans la composition chimique des cristaux (grains) - la ségrégation dite ionique intergranulaire (dendritique ou zonale). Afin d'éliminer cette inhomogénéité chimique, il est utilisé en pratique mise à niveau , ou alors la diffusion , recuit (homogénéisation). Pour ce type de recuit, les pièces moulées sont chauffées à haute température, généralement jusqu'à 1 000 ... 1 100 ° C, maintenues à cette température pendant une longue période, puis refroidies lentement avec le four. A haute température, les atomes de certains éléments chimiques, concentrés de manière inégale, acquièrent une plus grande mobilité et diffusent d'un cristal à l'autre. Il existe un alignement chimique dans la composition chimique des gros cristaux (dendrites) et des petits cristaux.

Après recuit de diffusion, on obtient une structure à gros grains qui nécessite un recuit complet ou partiel complémentaire. Si des ébauches nécessitant un traitement supplémentaire sous pression ont été soumises à ce recuit, alors ces ébauches ne sont pas soumises à un recuit supplémentaire avant le traitement. De telles pièces ne sont soumises à l'un des types de recuit qu'après un traitement sous pression (forgeage, emboutissage, emboutissage).

Défauts de recuit. Pendant le recuit, en raison de la violation des régimes technologiques, les défauts suivants peuvent se former: surchauffe, épuisement, décarburation et oxydation des pièces et des pièces.

Surchauffer se produit lorsque le régime de température n'est pas observé à des températures élevées et lors d'une exposition à long terme technologiquement déraisonnable dans le four. Dans ce cas, une structure à gros grains apparaît, appelée structure de surchauffe.

La structure à gros grains a une plasticité réduite, une tendance à former des fissures, des contraintes de traction et un gauchissement des pièces. De plus, une surchauffe peut se produire lorsque les billettes sont chauffées pour une déformation à chaud, lors du recuit de produits de configuration complexe, lorsqu'elles sont chauffées à une température nettement supérieure à la tenue critique ou à long terme à une température technologiquement justifiée.

La surchauffe est un défaut corrigeable. Pour le corriger, un recuit complet doit être effectué dans le respect de toutes les conditions de température.

Une surchauffe importante s'accompagne d'une croissance rapide des grains, ce qui endommage les joints de ces grains. Les dommages aux joints de grains sont appelés Burnout . Une brûlure se produit lorsque le métal est maintenu à des températures élevées pendant une longue période. Dans ce cas, il se produit parfois une fusion partielle des joints de grains ou leur oxydation active. La pièce devient cassante.

La surcombustion est un défaut irréparable et est un défaut de recuit.

Décarburation et oxydation les pièces et les ébauches se produisent lors du recuit dans des bains de sel, des fours électriques et à flamme. Avec de tels procédés de chauffage, la surface des pièces interagit avec divers gaz. Selon le degré d'impact et d'interaction chimique avec les surfaces des pièces, les réactifs sont divisés en oxydants (oxygène, monoxyde de carbone, vapeur d'eau) et décarburants (oxygène, hydrogène, vapeur d'eau).

La nature de l'oxydation dans le four est déterminée par le combustible et sa composition chimique, l'atmosphère du four, la durée pendant laquelle les pièces sont dans le four et la qualité du matériau de structure. L'oxydation provoque des dépôts de métal à la surface de la pièce, des modifications de sa taille et entraîne le coût d'opérations technologiques supplémentaires pour le nettoyage du dépôt.

La décarburation en tant que défaut de recuit est causée par le fait que l'oxygène, présent dans l'atmosphère du four, oxyde le carbone plus tôt que le fer, c'est-à-dire que le carbone brûle à une faible profondeur de la surface de la pièce. Si l'oxygène oxyde simultanément le carbone et le fer, du tartre et des déchets métalliques se produisent. S'il y a de la vapeur dans l'atmosphère du four, la décarburation se déroule très activement. La décarburation diminue la trempabilité ou provoque généralement une immunité au durcissement, réduit la résistance à la fatigue et détériore les propriétés chimiques des surfaces des pièces.

Pour éviter la décarburation des pièces, de l'hydrogène sec, du monoxyde de carbone ou des gaz neutres inertes doivent être présents dans l'atmosphère du four. De plus, lors du recuit, les pièces sont chauffées dans des caissons hermétiques recouverts d'argile, de charbon de bois ou de copeaux de fonte.

Normalisation. La normalisation est le processus de traitement thermique des pièces et des pièces, dans lequel elles sont chauffées à une température critique Ac 3 ou Ac m+ (30 ... 50 ° C), maintenu à cette température et refroidi à l'air. Au cours du processus de normalisation, une microstructure de perlite fine (dispersée) est obtenue. Dans le même temps, la dureté et la résistance sont légèrement réduites, la ductilité et la résistance aux chocs sont augmentées et l'usinabilité est améliorée.

La température de chauffage pour la normalisation est choisie en fonction de la nuance d'acier et de la fraction massique de carbone qu'elle contient selon la partie acier du diagramme fer-carbone. L'objectif de la normalisation dépend de la composition de l'acier, du post-traitement spécifique et de la conception de la pièce.

Par exemple, les aciers à faible teneur en carbone sont normalisés au lieu d'être recuits pour améliorer l'usinabilité. Les aciers au carbone à outils sont également soumis à une normalisation avant durcissement pour éliminer le réseau de cémentite et obtenir la structure de la perlite fine. L'acier de nuance 30 après recuit complet (tel que fourni) a les propriétés suivantes : résistance - 440 MPa ; plasticité - 17%; dureté - 179 HB; résistance aux chocs KCV - 62 J/cm2. Après normalisation, ces mêmes propriétés changent quelque peu : la résistance est de 390 MPa ; plasticité - 23%; dureté - 143 ... 179 HB; résistance aux chocs KCV - 49 J/cm2. L'exemple est pris pour les pièces forgées d'un diamètre allant jusqu'à 100 mm. Comme vous pouvez le voir, après normalisation, les propriétés mécaniques seront quelque peu inférieures à celles de l'état de livraison, en raison de la stabilisation de la structure métallique des pièces. Ce facteur améliore considérablement l'usinabilité des pièces.

Dans le processus de normalisation, des défauts similaires aux défauts de recuit apparaissent, mais sous une forme moins prononcée. Par exemple, une légère surchauffe du métal ne conduit pas à l'épuisement professionnel. La décarburation partielle ne conduit pas à la formation de tartre et de déchets métalliques.

3. Trempe et revenu

durcissement. Le durcissement est le chauffage de l'acier à une température supérieure à la température critique, l'exposition à cette température et le refroidissement rapide qui s'ensuit. En raison du durcissement, la dureté, la résistance, l'élasticité, la résistance à l'usure et d'autres propriétés mécaniques augmentent.

La vitesse de refroidissement doit être bien supérieure à la vitesse critique à laquelle la microstructure d'austénite se décompose en une microstructure de martensite métastable. Comme on le sait, cette microstructure, comme la microstructure de l'austénite, a une solubilité uniforme du carbone. Le maintien d'une solubilité uniforme du carbone en fixant la microstructure est l'objectif principal du durcissement.

A une vitesse de refroidissement critique ou bien supérieure à celle-ci, l'état physico-chimique de l'austénite est figé dans sa solubilité uniforme du carbone.

Au cours du processus de durcissement, avec une modification de la microstructure, les propriétés mécaniques (dureté, résistance aux chocs), physiques (magnétisme, résistance électrique, etc.) et chimiques (homogénéité de la composition chimique, résistance à la corrosion) changent.

Le but principal du durcissement est d'obtenir une dureté élevée, une résistance à l'usure, une résistance accrue, une élasticité et une réduction de la ductilité. Toutes ces propriétés sont formées dans les conditions technologiques suivantes de traitement thermique :

• température de chauffage ;
• taux de chauffage et temps de maintien ;
• moyen de chauffage ;
• taux de refroidissement.

Choix de la température de durcissement. La température de chauffage pour le durcissement est théoriquement déterminée à partir du diagramme Fe - Fe 3 C. Pour les aciers au carbone, elle doit être supérieure de 30 ... 50 ° C à la ligne GSK (voir Fig. 3.6), c'est-à-dire pour les aciers hypereutectoïdes, elle coïncide avec la température critique Ac 3 + (30 ... 50 °С), pour les aciers eutectoïdes et hypereutectoïdes - avec une température critique Ac 1 + (50 ... 70 °С).

Pour les aciers alliés, la température de chauffage pour la trempe est déterminée par trois méthodes : trempe diamétrale, magnétique ou d'essai.

Il a été établi que plus l'acier allié est complexe en termes de composition chimique et de nature de la microstructure, plus la température de chauffage pour le durcissement doit être élevée, car ce n'est qu'à des températures élevées que les carbures de vanadium, de tungstène, de molybdène, de titane et de chrome réussissent dissous dans l'austénite. Dans ce cas, comme pour le choix des températures de trempe des aciers au carbone, les points critiques Ac 1, Ac 3 et Ac m. Les températures de chauffage pour le durcissement des aciers alliés sont augmentées de 250 ... 300 °C au-dessus des températures critiques, et pour les aciers rapides - de 400 ... 450 °C.

Modes de chauffage et de refroidissement. Le temps de chauffage dépend de la section des pièces et des pièces, de la conception et de la puissance des appareils de chauffage. Par exemple, lors du chauffage dans des fours électriques à air, le temps de chauffage est déterminé en moyenne à raison de 1 min pour 1 mm de section de la pièce. Le temps de chauffage dans les bains de sel est 2 fois inférieur à celui des fours électriques, car la vitesse de chauffage dans ces bains est 2 fois plus élevée. Après chauffage des pièces à une température prédéterminée, une insolation est effectuée jusqu'à une transformation de phase complète et un chauffage sur toute la section. Un indicateur du temps d'exposition est la transformation de la structure originale perlite + ferrite en une structure austénitique. La pratique a montré que la température de chauffage spécifiée des pièces se produit lorsque la couleur des pièces est égale à la couleur du four (sous, murs, voûte).

La vitesse de chauffage et les phénomènes secondaires (négatifs) dépendent du milieu dans les appareils de chauffage (foyer, fours, baignoires). Les phénomènes négatifs incluent la décarburation et l'oxydation des pièces trempées. Les fours de forge et électriques (à moufle) contiennent de l'air dont l'oxygène oxyde les parties trempées. Dans les bains de sel, les sels non seulement oxydent, mais décarburent également les pièces. Les bains de métal en fusion (plomb) n'affectent pas négativement les pièces chauffées pour le durcissement.

Jusqu'à la formation complète de la structure austénitique, il faut un temps égal à 1/5 du temps de chauffage de la pièce. Sous réserve de modes de chauffage, de maintien et de refroidissement technologiquement justifiés, l'apparition de contraintes internes importantes, la formation de fissures et d'autres défauts de durcissement sont exclus. En revanche, le régime temporel technologique exclut l'oxydation de surface et la décarburation des pièces.

La structure et les propriétés des pièces trempées dépendent de la vitesse de refroidissement pendant le durcissement. La vitesse de refroidissement à laquelle la structure austénitique se transforme en une structure durcissante (martensite) est appelée vitesse de durcissement critique. Ce mode temporel est choisi en fonction de la microstructure requise de la pièce. La vitesse de refroidissement la plus élevée donne la microstructure de la martensite, la plus faible (naturelle) - le sorbitol.

Médias de durcissement. Le milieu de trempe et sa capacité de refroidissement assurent la fixation de la dissolution uniforme du carbone dans la microstructure nouvellement formée de la décomposition de l'austénite. Dans le domaine de température de décomposition de l'austénite en martensite, un refroidissement lent est nécessaire pour réduire les contraintes internes. Pour obtenir un durcissement complet, des refroidisseurs de différentes capacités de refroidissement sont utilisés. Cette capacité dépend de plusieurs facteurs : abaissement de la température du liquide de refroidissement, capacité calorifique du métal, sa conductivité thermique, maintien à température constante du fluide de refroidissement, vitesse de circulation, réduction de la température de vaporisation et réduction de la viscosité du liquide de refroidissement. Tous ces facteurs augmentent la vitesse de refroidissement.

Comme milieu de durcissement les solutions et liquides suivants sont utilisés : eau, solution aqueuse de sel commun, huile, air, minéraux et autres matériaux.

Selon la force des refroidisseurs sont divisés en groupes suivants:

• faible - un jet d'air, des sels fondus, de l'eau chaude et savonneuse;
• modéré - huile de broche, huile de transformateur, bains de sels fondus avec 1% d'eau;
• à action moyenne - solutions dans de l'eau froide de chaux, de glycérine et de verre liquide;
• fort - eau froide pure, sel de table dans une solution d'eau froide, d'eau distillée et de mercure.

La vitesse de refroidissement dépend également de la méthode de refroidissement (immersion) de la pièce trempée. Dans ce cas, lorsque la pièce à tremper est immergée dans de l'eau ou de l'huile, on distingue trois étapes de refroidissement :

• l'apparition d'une chemise de vapeur qui empêche tout transfert de chaleur supplémentaire (ébullition pelliculaire) ;
• destruction de la chemise de vapeur et augmentation de la vitesse de refroidissement (ébullition à bulles);
• convection du liquide de refroidissement qui se produit à une température inférieure au point d'ébullition.

Dans tous ces étages, la vitesse de refroidissement est d'autant plus rapide que les conditions de température sont basses d'un étage à l'autre. Cela dépend également de la plage d'ébullition nucléée.

L'un ou l'autre type de fluide de refroidissement est choisi en fonction de la faisabilité technologique, de la composition chimique du métal de la pièce, des propriétés physiques et mécaniques requises.

L'eau et ses solutions sont des liquides de refroidissement plus puissants. Dans le même temps, l'eau présente des inconvénients importants. Lorsque la température de l'eau augmente pendant le processus de trempe, sa capacité de refroidissement diminue fortement. De plus, l'eau a grande vitesse refroidissement dans le domaine de température de transformation martensitique.

Les solutions aqueuses de sels, d'alcalis, de soude augmentent la vitesse de refroidissement et augmentent également l'intervalle d'ébullition nucléée. Différents types d'huiles en tant que fluides de refroidissement réduisent la vitesse de refroidissement, les processus de transformation martensitique sont plus stables. Les inconvénients des huiles sont leur inflammabilité et la formation de brûlures à la surface des pièces.

trempabilité et trempabilité. La trempabilité dépend de la fraction massique de carbone dans l'acier. Plus la fraction massique de carbone dans l'acier est élevée, plus la trempabilité de cet acier est élevée. Le durcissement n'est pas accepté par les aciers avec une fraction massique de carbone jusqu'à 0,3%, ainsi que par les aciers de construction au carbone de qualité ordinaire selon GOST 380-2005, car le carbone varie considérablement dans ce groupe d'aciers. Considérant que le choix de la température de trempe s'effectue en fonction de la fraction massique de carbone, et que dans les aciers de qualité ordinaire on ne peut pas déterminer avec précision sa teneur, ce groupe d'aciers n'est pas soumis à la trempe.

Les aciers au carbone de construction de haute qualité et alliés avec une fraction massique de carbone de 0,3% ou plus et tous les aciers à outils sont soumis à un durcissement.

La trempabilité des aciers est comprise comme la profondeur de durcissement, c'est-à-dire la capacité à former des microstructures de martensite, de troostite ou de sorbite pendant le processus de durcissement.

La trempabilité dépend de la vitesse de refroidissement critique et, par conséquent, de la capacité stable de l'austénite à ne pas modifier sa microstructure. La structure de l'austénite restant à l'état froid est appelée austénite surfondue.

Si la vitesse de refroidissement critique de la pièce sur toute la section est égale, alors la pièce aura une trempabilité à cœur, c'est-à-dire qu'il y aura une structure martensitique sur toute la section. Si la vitesse de refroidissement sur toute la section transversale diminue vers le noyau, il y aura alors de la ferrite, de la ferrite + perlite, de la sorbite ou de la troostite dans le noyau. Le noyau des pièces de grande section ne perçoit pratiquement pas de durcissement, car la vitesse de refroidissement du noyau sera lente, naturelle.

Tous les éléments d'alliage augmentent la trempabilité. Par exemple, le nickel contribue à une augmentation significative de la trempabilité et de la trempabilité. Le manganèse, le chrome, le tungstène et le molybdène augmentent la température de trempe et de revenu, ainsi que la trempabilité et la trempabilité des pièces et des outils, de sorte que tous les aciers alliés soumis à la trempe ont une trempabilité élevée et les aciers au carbone ont une trempabilité plus faible. Avec un écrouissage sur toute la section, la dureté de la pièce sera la même. Avec un durcissement non traversant, il diminuera de la surface vers le noyau. En surface, la pièce aura une structure de martensite, et à cœur, une structure de troostite. Plus la fraction massique de carbone dans l'acier est faible, plus la structure de troostite est importante et plus la dureté est faible, et vice versa.

La trempabilité des pièces lors de la trempe est estimée par un paramètre critique. Ce paramètre représente le diamètre maximal (section) des pièces, au cœur desquelles se trouvera une structure de durcissement semi-martensitique. Habituellement, pour les aciers au carbone de construction et à outils, le paramètre critique est de 10 ... 20 mm, et pour les aciers alliés - jusqu'à 100 mm ou plus (selon la fraction massique de carbone et d'éléments d'alliage). De plus, la trempabilité dépend du fluide de refroidissement. L'eau donne une meilleure trempabilité que l'huile.

L'acier à 0,2% de carbone en masse (refroidissement à l'eau) aura une dureté de 25 HRC après trempe, et l'acier à 0,5% de carbone en masse aura une dureté de 45 HRC après trempe. Par conséquent, plus il y a de carbone dans l'acier, plus la dureté de la pièce obtenue par trempe est élevée et, par conséquent, plus la profondeur de trempabilité est grande. Pour déterminer la profondeur de trempabilité des aciers à outils au carbone, des échantillons sont préparés après revenu élevé de sections carrées ou rondes (21 ... 23 mm) de 100 mm de long. Une incision est pratiquée au milieu des échantillons avec une profondeur de 5 ... 7 mm. Échantillons finis trempé aux températures suivantes : 760 ; 800 ; 840 °C. Les éprouvettes durcies sont détruites sur des impacteurs pendulaires (ou dans une presse). Selon l'état et le type de rupture, la profondeur de trempabilité (couche durcie) ou de non trempabilité (couche non durcie), de surchauffe ou de durcissement des fissures est déterminée.

Selon l'échelle standard, un groupe (ou score) de la profondeur de trempabilité des échantillons durcis à différentes températures est déterminé. Dans l'échelle standard, chaque groupe (de 0 à V) correspond à des profondeurs de trempabilité de 0,3 mm à 9 mm, en passant par la trempabilité, le cœur tenace, la zone non durcie et les fissures de durcissement. Tout cela est déterminé visuellement par la fracture des échantillons. De plus, il est possible de déterminer la structure durcissante (martensite, semi-martensite, troostite, sorbite) ou la zone non durcie (perlite ou ferrite + perlite) par la rupture des échantillons.

Sur la fig. 9, et montre conditionnellement des échantillons d'acier de nuance 40 (GOST 1050-88 *) d'un diamètre de 12 ... 60 mm après trempe et refroidissement à l'eau. Les échantillons 1 à 4 reçoivent un durcissement complet avec la formation de la structure de martensite (trempabilité solide). Au fur et à mesure que le diamètre augmente, un durcissement continu se forme, mais les structures dépendront de la vitesse de durcissement critique : martensite, semi-martensite, troostite et sorbite. La dureté transversale de l'échantillon variera également et sera de 25…46 HRC selon la structure. À mesure que le diamètre de l'échantillon augmente, le taux de trempe critique diminue. La structure en coupe de l'échantillon sera la suivante : martensite, semi-martensite, troostite, sorbite et perlite (ou perlite + ferrite). La dureté transversale de l'échantillon sera de 25 ... 46 HRC. Le noyau de l'échantillon, ayant la structure de sorbite + perlite, aura une résistance et une résistance aux chocs élevées.

Riz. neuf. a - après trempe et refroidissement à l'eau ; b - après trempe et refroidissement dans l'huile ; - la martensite ; - semi-martensite ; - troostite; - le sorbitol ; - perlite (ou perlite + ferrite)

Avec un durcissement continu (refroidissement dans l'eau), les échantillons 1 à 4 seront cassants.

En pratique, les méthodes suivantes sont utilisées pour déterminer la trempabilité :

• selon la structure de fracture de l'échantillon ;
• sur un duromètre de type TK le long de la section en plusieurs points (de la surface à l'âme) ;
• méthode de durcissement final.

Pour déterminer le diamètre des pièces nécessitant un écrouissage continu, la condition suivante doit être remplie : le diamètre critique d'écrouissage doit être supérieur au diamètre du produit.

Lors de la détermination de la trempabilité de l'acier par la méthode de trempe finale, il est recommandé de déterminer la profondeur de trempabilité à partir de divers diagrammes.

Défauts de durcissement. La violation des modes de durcissement (température de chauffage, méthodes de refroidissement, etc.) peut provoquer divers types de défauts sur les pièces et les outils :

• déformation, gauchissement et fissures ;
• dureté insuffisante;
• fragilité accrue;
• la formation de points faibles;
• redimensionnement ;
• contraintes internes;
• oxydation et décarburation.

Vacances. Le revenu est le processus technologique de chauffage des pièces après durcissement à basse température (150 ... 650 ° C), c'est-à-dire en dessous du point critique Ac 1, maintien à cette température et refroidissement naturel lent à l'air.

Le but du revenu est d'éliminer les contraintes internes des pièces après durcissement, d'augmenter la résistance aux chocs, de réduire la fragilité et de réduire partiellement la dureté. Ces indicateurs sont obtenus dans le cadre de l'obtention d'une structure stable de la pièce métallique. La température de revenu dépend du type de pièces trempées et du but du revenu. En pratique, des congés bas, moyens et élevés sont utilisés.

bas vacances utilisé pour soulager les contraintes internes, augmenter la résistance aux chocs des outils en aciers alliés et au carbone. À faible revenu, les pièces sont chauffées à une température de 150 ... 250 ° C, maintenues à cette température et refroidies à l'air. Dans le même temps, la dureté et la résistance à l'usure de l'outil de coupe obtenu après durcissement sont préservées.

Les outils de coupe et de mesure, les pièces de roulements à billes et à rouleaux, les aimants permanents, les pièces de machines en aciers de construction alliés cémentés et à haute résistance sont soumis à un revenu faible.

Vacances moyennes il est utilisé pour les pièces élastiques: ressorts, ressorts, outils d'impact et de matrice, barres de torsion, etc. Dans ce type de revenu, les pièces sont chauffées à une température de 300 ... 500 ° C, chauffées sur toute la section et refroidies dans les airs. Après refroidissement, une structure de troostite de revenu est obtenue. La dureté des pièces obtenues par trempe après revenu est sensiblement diminuée. La ténacité aux chocs augmente fortement, ce qui entraîne une augmentation de la ténacité cyclique (cette propriété est nécessaire pour les pièces élastiques).

haute vacances sont réalisées pour les pièces de machines en aciers de construction et alliés au carbone de haute qualité soumis à de fortes charges : arbres, broches, pignons, embrayages à cames, mécanismes à cliquet, etc. La dureté des pièces après trempe et revenu élevé, selon la nuance d'acier, est de 35 ... 47 HRC.

Lors d'un revenu élevé, les pièces sont chauffées à une température de 500 ... 650 ° C, maintenues à cette température et refroidies à l'air (dans certains cas, avec le four). Après trempe, les détails de la texture auront du sorbitol tempéré. La pièce aura une résistance à l'usure, une résistance, une ténacité et une ductilité relatives élevées. En pratique, le revenu élevé est également utilisé avec déformation des pièces lors du chauffage (Fig. 10). Les pièces se déforment entre les températures critiques Ac 1 et Ac 3 . Après déformation, les pièces sont lentement refroidies à une température inférieure à Ac 1 , puis chauffées, maintenues et lentement refroidies.

Riz. Dix. t - température ; τ - temps ; Ac 1, Ac 3 - températures critiques; M n - température de début de transformation martensitique

Amélioration - c'est la trempe de l'acier suivie d'un revenu élevé. Ce fonctionnement thermique est utilisé pour les pièces de machines fonctionnant sous des charges importantes, notamment alternées, et réalisées en acier de charpente de nuances 30, 35, 40, 45, 50, 40X, etc.

Vieillissement - c'est le processus de modification des propriétés des alliages sans modification notable de la microstructure. Si le changement de dureté, de résistance et de plasticité est effectué dans des conditions normales (18 ... 20 ° C), un tel vieillissement est alors appelé naturel. Si le processus se déroule à une température élevée (120 ... 150 ° C), le vieillissement est appelé artificiel.

Avec le vieillissement naturel, les pièces résistent plusieurs mois, avec un vieillissement artificiel - heures 24 ... 36. Au cours du processus de vieillissement, la solubilité des éléments chimiques (carbone, silicium et manganèse, ainsi que des additifs d'alliage) se stabilise dans la structure du parties et, avec eux, stabilise les structures.

Le revenu en tant que traitement thermique est une opération obligatoire après la trempe et s'effectue simultanément à la trempe immédiatement après le refroidissement des pièces.

4. Traitement chimico-thermique

durcissement superficiel. Pendant le fonctionnement des pièces de machine, des mécanismes et des outils, les surfaces de travail (frottantes) des pièces et des outils s'usent et nécessitent un réaffûtage ou un remplacement complet.

L'usure des surfaces de travail, même à faible profondeur, peut entraîner de graves conséquences. Afin de conférer aux surfaces de travail une résistance à l'usure, une fiabilité et une durabilité élevées, diverses méthodes technologiques de durcissement de ces surfaces sont utilisées. Il existe les types de revêtements suivants :

• revêtements monocomposants - saturation des surfaces avec un élément chimique (métallique ou non métallique): carbone, azote, chrome, tantale, manganèse, etc.;
• revêtements à deux composants - saturation des surfaces avec deux éléments chimiques (métalliques et non métalliques): carbone + chrome, carbone + bore, carbone + azote, carbone + manganèse, carbone + soufre, etc.;
• revêtements multicomposants : carbone + chrome + azote, carbone + bore + azote, carbone + phosphore + azote, chrome + ammonium + silicium…

Un groupe distinct est constitué de revêtements constitués de composés chimiques : carbures, nitrures et oxydes.

Avec des différences visibles dans les processus technologiques, le durcissement des surfaces de travail (frottement) consiste à les saturer avec certains métaux ou non-métaux sous l'influence de la température ou d'autres processus physico-chimiques.

Le traitement chimico-thermique selon sa destination est divisé en deux groupes:

• traitement chimico-thermique conçu pour augmenter la résistance à l'usure et la dureté superficielle des surfaces de travail des pièces. Ce type de traitement comprend la cémentation, la nitruration, la nitrocarburation et la métallisation par diffusion ;

• traitement chimico-thermique utilisé pour obtenir des propriétés antifriction (extrême pression) élevées. Un élément chimique qui sature la surface des pièces, empêche les éraflures et le collage des surfaces frottantes. Ce type comprend la sulfuration, le plomb, la telluration, etc.

Ainsi, le traitement chimico-thermique est généralement appelé un procédé technologique, qui consiste à saturer la couche superficielle des pièces à haute température avec des métaux ou des non-métaux par diffusion.

Le traitement thermique chimique est utilisé pour augmenter la dureté, la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et à la fatigue et les finitions décoratives.

Le traitement chimico-thermique des pièces s'effectue dans tout milieu (carburateur) dont les atomes peuvent diffuser à la surface de ces pièces. Les procédés de traitement chimico-thermique comportent trois étapes : dissociation, adsorption et diffusion. Dissociation - c'est la répartition des atomes d'éléments chimiques (métaux et non-métaux) qui peuvent se dissoudre dans les métaux (alliages) des pièces par diffusion. Ce processus se déroule dans un environnement gazeux. Adsorption - c'est le contact d'atomes isolés (dissociés) d'éléments chimiques (métaux et non-métaux) avec les surfaces des pièces et la formation d'une liaison chimique avec les atomes métalliques des pièces.

La diffusion - c'est le processus de pénétration de l'élément saturant dans les réseaux atomiques des pièces métalliques.

Plus la température de chauffage des pièces est élevée, plus les trois étapes passent rapidement. Le processus est particulièrement actif à des températures égales aux températures critiques, car à ces températures les réseaux atomiques des pièces métalliques sont réarrangés. Au cours du processus de réarrangement, les atomes de l'élément diffusant sont introduits avec succès dans les réseaux atomiques ou remplacent les atomes métalliques des pièces qu'ils contiennent.

Le traitement chimico-thermique par rapport au traitement thermique présente de nombreux avantages :

• la capacité de traiter des pièces et des outils de toute forme, complexité et configuration;
• différence dans les propriétés mécaniques de la partie travaillante des pièces et de leur noyau;
• la possibilité d'éliminer les défauts de surchauffe par un traitement thermique ultérieur ;
• la possibilité de durcir les aciers bas carbone.

Riz. Onze. 1 - carburateur solide; 2 - témoins ; 3 - boîte d'injection ; 4 - pièces cémentées

Cimentation. La cémentation est une opération chimico-thermique, au cours de laquelle la couche superficielle des pièces est saturée de carbone. La carburation est effectuée afin d'obtenir une dureté élevée, une résistance à l'usure de la surface des pièces à haute résistance aux chocs du noyau. Cimentation de pièces en acier avec une fraction massique de carbone jusqu'à 0,25%, travaillant par frottement et sous charges alternées: engrenages, blocs d'engrenages, galets de distribution et de came, cames, poussoirs de soupapes et autres pièces, ainsi que des outils de mesure - jauges, gabarits, sondes, etc. La surface des pièces et des outils est saturée de carbone dans certains cas jusqu'à une profondeur de 1,4 mm, généralement cette couche est de 0,8 mm. La fraction massique de carbone saturée à la surface des pièces atteint 0,8 ... 1,0%. La concentration de carbone depuis la surface de la pièce jusqu'au noyau diminue. Ainsi, les pièces en aciers de construction au carbone et faiblement alliés, qui ne perçoivent pas d'amélioration par durcissement, sont soumises à une cémentation.

Le fluide de travail dans lequel le traitement chimico-thermique est effectué s'appelle un carburateur. Distinguer la carburation dans les carburateurs solides, liquides et à gaz. Pour la carburation dans un carburateur solide, les pièces à carburer sont placées dans une boîte en acier (Fig. 11), qui sont uniformément versées avec un carburateur. Simultanément au carburateur, des échantillons de contrôle, les soi-disant témoins, sont placés. Au cours du processus de chauffage et de maintien, des échantillons de contrôle sont prélevés et le déroulement du processus technologique en est déterminé.

Sur la fig. La figure 12 montre la concentration en carbone en fonction de la profondeur de saturation. Ainsi, à une profondeur de saturation de 0,1 mm, la concentration en carbone atteint 1 %, 0,2 mm - 0,9 %, 1 mm - 0,6 %, 1,6 mm - 0,16 %. Une telle concentration de carbone dans les surfaces des pièces frottantes (roues dentées, engrenages, arbres, axes, etc.) assure la fiabilité et la durabilité de la paire de contact.

Riz. 12.

Au cours de la cimentation, selon la profondeur de saturation en carbone, différentes microstructures se forment (Fig. 13). Avant le traitement thermique, à une profondeur allant jusqu'à 1 mm, il y aura une structure de cémentite, plus de 1 mm - perlite puis - ferrite. Après traitement thermique (trempe) à une profondeur allant jusqu'à 1 mm, il y aura une structure de martensite, puis de troostite et de sorbite. À une profondeur de plus de 2 ... 3 mm - la structure d'origine.

Riz. treize. Diverses microstructures formées lors de la cémentation, selon la profondeur de saturation en carbone :1 - zone hypereutectoïde (P+C); 2 - zone eutectoïde (P); 3 - zone hypoeutectoïde (P + F); 4 - noyau

La cémentation en milieu gazeux est le principal procédé chimico-thermique dans production de masse. La cémentation gazeuse est réalisée dans des fours à moufle ou à cuve en atmosphère carburée. L'atmosphère du four est carburée avec du méthane, du kérosène ou du benzène. Après la cémentation gazeuse, une trempe est utilisée, suivie d'un revenu bas. La cémentation gazeuse permet de contrôler le processus, ce qui crée à son tour les conditions de la mécanisation et de l'automatisation de la production.

Lors de la cimentation, les défauts suivants se forment :

• corrosion de la couche superficielle avec des sels de sulfate de baryum ;
• fraction massique réduite de carbone dans la couche cimentée ;
• décarburation se produisant pendant le processus de refroidissement en raison de fissures ou de brûlures dans les boîtes ;
• profondeur inégale de la couche cimentée en raison des fluctuations de température dans le four;
• sursaturation en carbone dans la couche cimentée en cas de violation des régimes de température et de temps, ainsi qu'en raison de la teneur élevée en carbonates dans le carburateur;
• faible profondeur de la couche cimentée, qui se produit à basses températures et expositions;
• oxydation interne se produisant lors de la cémentation gazeuse en raison de la forte teneur en oxygène dans l'atmosphère du four.

L'apparition de ces défauts peut être évitée en observant la composition chimique des carburateurs, les modes thermiques et horaires. La correction des défauts des pièces de la machine est effectuée par une normalisation supplémentaire et un traitement chimico-thermique ultérieur.

Nitruration. La nitruration est un procédé de traitement chimico-thermique dans lequel les surfaces des pièces sont saturées d'azote. La nitruration est effectuée pour obtenir une dureté de surface élevée, une résistance à l'usure, une résistance à la fatigue et une résistance au frottement, augmenter la limite d'endurance, la résistance à la corrosion dans l'atmosphère, l'eau douce et la vapeur, ainsi que la résistance à la cavitation de diverses pièces et outils. La nitruration est également utilisée pour la finition décorative. La couche nitrurée peut avoir jusqu'à 0,5 mm de profondeur et avoir une dureté de 1 000 à 1 100 HV, ce qui est beaucoup plus dur que la cémentite. En raison de la durée du processus (jusqu'à 90 heures) et de son coût élevé, la nitruration est moins utilisée que la cémentation. Le processus de nitruration est réalisé dans l'ammoniac à des températures de 500 ... 600 °C. Lorsqu'il est chauffé, de l'azote atomique est libéré de l'ammoniac, qui diffuse à la surface des pièces. Afin d'accélérer le processus de nitruration, un cycle en deux étapes est utilisé (Fig. 14). Cette technologie de nitruration accélère le processus de 1,5 à 2 fois. Tout d'abord, la pièce est chauffée à une température de 500 ... 520 ° C, puis elle est rapidement chauffée à une température de 580 ... 600 ° C, puis - une longue exposition et un refroidissement avec un four ou à l'air .

Riz. Quatorze. t - température ; τ - temps

La nitruration liquide est effectuée à une température de 570 °C dans une masse fondue de sels contenant de l'azote. La nitruration liquide décuple le processus et augmente significativement la viscosité de la pièce. L'inconvénient de la nitruration liquide est l'utilisation de sels de cyanure toxiques.

Ainsi, la nitruration est une opération technologique polyvalente de traitement chimico-thermique, réalisée pour augmenter la résistance et d'autres propriétés de divers aciers de construction, à outils et spéciaux au carbone et alliés (résistants à la corrosion, résistants à la chaleur et résistants à la chaleur), matériaux réfractaires et frittés, ainsi que des revêtements galvaniques et de diffusion.

Des défauts peuvent survenir pendant le processus de nitruration. La déformation et le redimensionnement des pièces se produisent en raison de contraintes internes élevées dues à une augmentation du volume de la couche nitrurée. Pour éliminer ce défaut lors de l'usinage, il convient de prévoir une sous-estimation des dimensions de 4 ... 6% de la profondeur de la couche nitrurée.

La fragilité et le pelage se produisent lorsque la couche nitrurée est sursaturée en azote. Une croûte cassante se forme à la surface jusqu'à une profondeur de 0,05 mm et son pelage. Ce défaut est éliminé par meulage.

Dureté réduite, dureté inégale ou profondeur réduite de la couche nitrurée - défauts qui apparaissent lorsque la composition chimique n'est pas observée environnement, mauvaise préparation de la surface des pièces et violation du régime thermique. Pour éviter l'apparition de ces défauts, il est nécessaire de se conformer aux exigences technologiques de préparation des pièces pour la nitruration et de suivre la séquence du processus technologique.

Cyanuration et nitrocarburation. La cyanuration est le processus de saturer la surface des pièces avec du carbone et de l'azote en même temps. La cyanuration est soumise à des pièces en acier avec une fraction massique de carbone de 0,3 ... 0,4%. La cyanuration est effectuée afin d'augmenter la dureté, la résistance, la résistance à l'usure, l'endurance et d'autres propriétés mécaniques et opérationnelles de la surface. La cyanuration présente un certain nombre d'avantages par rapport aux autres types de traitement chimico-thermique : la capacité de traiter des pièces de forme complexe, la courte durée du processus et l'absence de gauchissement et de déformation des pièces lors du traitement. Comme inconvénients, il convient de noter le coût élevé de la protection du travail en raison de la toxicité et le coût élevé des sels de cyanure. Tout cela augmente considérablement le coût des pièces cyanurées.

Il existe une cyanuration liquide et gazeuse. La cyanuration gazeuse est appelée nitrocarburation.

La cyanuration liquide est réalisée dans un environnement de sels fondus de cyanure de sodium. Il est réalisé à une température de 820 ... 850 ou 900 ... 950 ° C. Le procédé, réalisé à une température de 820...850°C, en 30...90 minutes permet d'obtenir une couche jusqu'à 0,35 mm d'épaisseur, saturée de carbone et d'azote, et à 900...950 ° C en 2 ... 6 heures - une couche jusqu'à 2 mm d'épaisseur. Sur la fig. La figure 15 montre la dépendance de l'épaisseur de la couche cyanée à la température et à la durée du processus. Par exemple, avec un temps de maintien de 2 heures à une température de 890°C, la profondeur de la couche cyanurée atteint 0,6 mm, avec un temps de maintien de 4,5 heures à une température de 830°C, elle est également de 0,6 mm.

Après cyanuration, une trempe et un revenu bas sont effectués. La dureté de la couche cyanurée atteint 58 ... 62 HRC.

En pratique, la cyanuration à basse température dans des sels de cyanure fondus est utilisée pour cémenter des outils en aciers rapides. Il est réalisé à une température de 540 ... 560 ° C avec une exposition de 1,0 ... 1,5 heure.A la suite de ce traitement, la couche cyanurée aura une dureté de 950 ... 1 100 HV.

Riz. quinze.

La fraction massique de carbone dans le processus de cyanuration atteint 1%, l'azote - 0,2%. Ces indicateurs dépendent de la température de cyanuration (Fig. 16).

Métallisation par diffusion. Le processus de saturation de la couche superficielle des pièces par diffusion à haute température

Riz. seize. Teneur en carbone (C) et en azote (N) dans le procédé de cyanuration

différents métaux est appelée métallisation par diffusion. Elle peut être réalisée dans des carburateurs solides, liquides et gazeux (métalliseurs).

Les métalliseurs solides sont des mélanges de poudres constitués de ferroalliages : ferrochrome, chrome métal, chlorure d'ammonium, etc.

Les métallisants liquides sont, en règle générale, des métaux en fusion, tels que le zinc, l'aluminium, etc.

Les métalliseurs gazeux sont des chlorures métalliques volatils : aluminium, chrome, silicium, titane, etc.

Selon le métal diffusible utilisé des pièces, on distingue les types de métallisation par diffusion suivants : aluminisation (saturation en aluminium), chromage, titanisation, tungstène, sulfatation (saturation en soufre), boruration, etc.

Aluminisation effectué à une température de 700 ... 1 100 °C. L'aluminium est dissous dans la couche de surface dans la structure du fer α, un film dense d'oxyde d'aluminium se forme à la surface, qui présente une résistance élevée à la corrosion dans l'atmosphère et l'eau de mer, ainsi qu'une résistance élevée à l'échelle à une température de 800 ... 850°C, dureté 500 HV. L'aluminisation s'applique aux pièces fonctionnant à des températures élevées : soupapes moteur, couvercles de thermocouples, etc. L'aluminisation s'effectue selon les méthodes suivantes : en mélanges de poudres, en fonte d'aluminium, par électrolyse, en aérosols avec de l'aluminium et par pulvérisation de gaz. Chromage pièces assujetties fonctionnant en ambiances agressives : pièces d'installations vapeur, appareils vapeur-eau, pièces et ensembles fonctionnant en ambiances gazeuses à hautes températures. Le chromage est réalisé dans des mélanges de poudres, sous vide, chrome fondu, milieu gazeux et masses céramiques. La surface, saturée de chrome sur une profondeur de 0,15 mm, est résistante au tartre en milieu gazeux jusqu'à une température de 800 °C, en eau douce et de mer, et en acides faibles. Tous les aciers sont chromés. La dureté de la couche de chrome dans la surface atteint 1200 ... 1300 HV. Pour augmenter la dureté et la ténacité après le chromage, les pièces sont soumises à une normalisation.

Test

La science des matériaux

Sur le thème : "Traitement thermique des métaux et alliages"

Ijevsk

1. Introduction

2. Objectif et types de traitement thermique

4. Durcissement

6.Vieillissement

7. Traitement par le froid

8. Traitement thermomécanique

9. Objectif et types de traitement chimico-thermique

10. Traitement thermique des alliages de métaux non ferreux

11. Conclusion

12. Littérature

Introduction

Le traitement thermique est utilisé à différentes étapes de la production de pièces de machines et de produits métalliques. Dans certains cas, il peut s'agir d'une opération intermédiaire qui sert à améliorer l'usinabilité des alliages par pression, découpage, dans d'autres, c'est l'opération finale qui fournit l'ensemble nécessaire d'indicateurs de propriétés mécaniques, physiques et opérationnelles des produits ou semi- produits finis. Les produits semi-finis sont soumis à un traitement thermique pour améliorer la structure, réduire la dureté (améliorer l'usinabilité) et les pièces - pour leur donner certaines propriétés requises (dureté, résistance à l'usure, résistance et autres).

Suite au traitement thermique, les propriétés des alliages peuvent être modifiées dans une large gamme. La possibilité d'une augmentation significative des propriétés mécaniques après traitement thermique par rapport à l'état initial permet d'augmenter les contraintes admissibles, de réduire la taille et le poids des machines et mécanismes, d'augmenter la fiabilité et la durée de vie des produits. L'amélioration des propriétés à la suite d'un traitement thermique permet l'utilisation d'alliages de compositions plus simples, et donc moins chères. Les alliages acquièrent également de nouvelles propriétés, en rapport avec lesquelles le champ d'application de leur application s'élargit.

Objectif et types de traitement thermique

Le traitement thermique (thermique) est un processus dont l'essence est le chauffage et le refroidissement des produits dans certains modes, entraînant des modifications de la structure, de la composition de la phase, des propriétés mécaniques et physiques du matériau, sans modifier la composition chimique.

Le but du traitement thermique des métaux est d'obtenir la dureté requise, d'améliorer les caractéristiques de résistance des métaux et des alliages. Le traitement thermique est divisé en thermique, thermomécanique et chimico-thermique. Traitement thermique - seule action thermique, thermomécanique - une combinaison d'action thermique et de déformation plastique, chimique-thermique - une combinaison d'effets thermiques et chimiques. Le traitement thermique, en fonction de l'état structurel obtenu à la suite de son application, est divisé en recuit (premier et deuxième types), trempe et revenu.

Recuit

Recuit - le traitement thermique, qui consiste à chauffer le métal à certaines températures, à l'exposer et ensuite à le refroidir très lentement avec le four. Ils sont utilisés pour améliorer le traitement des métaux par coupe, pour réduire la dureté, pour obtenir une structure granuleuse, ainsi que pour soulager les contraintes, éliminer partiellement (ou complètement) toutes sortes d'inhomogénéités qui ont été introduites dans le métal lors des opérations précédentes (usinage , traitement sous pression, coulée, soudure), améliore la structure en acier.

Recuit de première espèce. Il s'agit d'un recuit au cours duquel les transformations de phase ne se produisent pas, et si elles se produisent, elles n'affectent pas les résultats finaux prévus par sa destination. Il existe les types suivants de recuit du premier type : homogénéisation et recristallisation.

Homogénéiser- il s'agit d'un recuit avec une longue exposition à une température supérieure à 950ºС (généralement 1100–1200ºС) afin d'égaliser la composition chimique.

Recristallisation- c'est le recuit de l'acier trempé à une température supérieure à la température de début de recristallisation, afin d'éliminer le durcissement et d'obtenir Un certain montant céréales.

Recuit de seconde espèce. C'est le recuit, dans lequel les transformations de phase déterminent sa destination. On distingue les types suivants: complet, incomplet, diffusion, isotherme, léger, normalisé (normalisation), sphéroïdisation (pour la perlite granulaire).

Recuit complet produit en chauffant l'acier à 30–50 °C au-dessus du point critique, en le maintenant à cette température et en refroidissant lentement jusqu'à 400–500 °C à une vitesse de 200 °C par heure pour les aciers au carbone, 100 °C par heure pour les aciers faiblement alliés et 50 °C pendant une heure pour les aciers fortement alliés. La structure en acier après recuit est équilibrée et stable.

Recuit partiel Il est produit en chauffant l'acier à l'une des températures comprises dans la gamme des transformations, du maintien et du refroidissement lent. Un recuit incomplet est utilisé pour réduire les contraintes internes, réduire la dureté et améliorer l'usinabilité.

Recuit de diffusion. Le métal est chauffé à des températures de 1100–1200ºС, car dans ce cas, les processus de diffusion nécessaires pour égaliser la composition chimique se déroulent plus complètement.

Recuit isotherme est la suivante : l'acier est chauffé puis rapidement refroidi (souvent par transfert dans un autre four) à une température inférieure à la température critique de 50 à 100 ºC. Principalement utilisé pour les aciers alliés. Économique, puisque la durée du recuit conventionnel (13 - 15) h, et du recuit isotherme (4 - 6) h

Recuit de sphéroïdisation (pour la perlite granulaire) consiste à chauffer l'acier au-dessus de la température critique de 20 à 30 °C, à maintenir à cette température et à refroidir lentement.

recuit brillant est réalisé selon les modes de recuit complet ou incomplet sous atmosphères protectrices ou dans des fours à vide partiel. Il est utilisé pour protéger la surface métallique de l'oxydation et de la décarburation.

Normalisation- consiste à chauffer le métal à une température de (30–50) ºС au-dessus du point critique et à le refroidir ensuite à l'air. L'objectif de la normalisation est différent selon la composition de l'acier. Au lieu de recuit, les aciers à faible teneur en carbone sont normalisés. Pour les aciers à carbone moyen, la normalisation est utilisée à la place de la trempe et du revenu élevé. Les aciers à haute teneur en carbone sont soumis à une normalisation afin d'éliminer le réseau de cémentite. La normalisation suivie d'un revenu élevé est utilisée à la place du recuit pour corriger la structure des aciers alliés. La normalisation est une opération plus économique que le recuit, car elle ne nécessite pas de refroidissement en même temps que le four.

durcissement

durcissement- il s'agit d'un chauffage à la température optimale, d'une exposition et d'un refroidissement rapide ultérieur afin d'obtenir une structure hors d'équilibre.

À la suite du durcissement, la résistance et la dureté augmentent et la ductilité de l'acier diminue. Les principaux paramètres lors du durcissement sont la température de chauffage et la vitesse de refroidissement. La vitesse de trempe critique est la vitesse de refroidissement qui permet la formation d'une structure - martensite ou martensite et austénite résiduelle.

En fonction de la forme de la pièce, de la nuance d'acier et de l'ensemble de propriétés requis, différentes méthodes de trempe sont utilisées.

Durcissement dans un refroidisseur. La pièce est chauffée à la température de durcissement et refroidie dans un liquide de refroidissement (eau, huile).

Trempe dans deux environnements (trempe intermittente)- c'est la trempe dans laquelle la pièce est refroidie séquentiellement dans deux milieux : le premier milieu est un liquide de refroidissement (eau), le second est de l'air ou de l'huile.

étape de durcissement. La pièce portée à la température de trempe est refroidie dans des sels fondus, après un maintien le temps nécessaire pour égaliser la température sur toute la section, la pièce est refroidie à l'air, ce qui contribue à réduire les contraintes de trempe.

Durcissement isotherme tout comme celui à gradins, il est produit en deux fluides de refroidissement. La température du milieu chaud (bains de sel, de nitrate ou alcalin) est différente : elle dépend de la composition chimique de l'acier, mais elle est toujours supérieure de 20 à 100 °C au point de transformation martensitique pour un acier donné. Le refroidissement final à température ambiante est effectué à l'air. La trempe isotherme est largement utilisée pour les pièces en aciers fortement alliés. Après durcissement isotherme, l'acier acquiert des propriétés de haute résistance, c'est-à-dire une combinaison de ténacité élevée et de résistance.

Auto-revenu est largement utilisé dans l'industrie de l'outillage. Le processus consiste dans le fait que les pièces sont maintenues dans un milieu de refroidissement pas jusqu'à ce qu'elles soient complètement refroidies, mais à un certain moment, elles en sont retirées afin d'économiser une certaine quantité de chaleur au cœur de la pièce, grâce à laquelle le un revenu ultérieur est effectué.

Vacances

Vacances l'acier est l'opération finale du traitement thermique, qui forme la structure et, par conséquent, les propriétés de l'acier. La trempe consiste à chauffer l'acier à différentes températures (selon le type de revenu, mais toujours en dessous du point critique), à ​​maintenir à cette température et à refroidir à des vitesses différentes. Le but du revenu est de soulager les contraintes internes qui surviennent pendant le processus de durcissement et d'obtenir la structure nécessaire.

En fonction de la température de chauffe de la pièce trempée, il existe trois types de revenu : haut, moyen et bas.

haute vacances produit à des températures de chauffage supérieures à 350–600 °C, mais inférieures au point critique; un tel revenu est utilisé pour les aciers de construction.

Vacances moyennes produit à des températures de chauffage de 350 à 500 °C ; un tel revenu est largement utilisé pour les aciers à ressort et à ressort.

bas vacances produit à des températures de 150 à 250 °C. La dureté de la pièce après durcissement ne change presque pas; Un revenu faible est utilisé pour les aciers à outils au carbone et alliés où une dureté et une résistance à l'usure élevées sont requises.

Le contrôle de la trempe s'effectue par les couleurs de trempe qui apparaissent à la surface de la pièce.

Vieillissement

Vieillissement est un processus de modification des propriétés des alliages sans modification notable de la microstructure. Il existe deux types de vieillissement : thermique et de déformation.

Vieillissement thermique procède à la suite de changements dans la solubilité du carbone dans le fer en fonction de la température.

Si le changement de dureté, de ductilité et de résistance se produit à température ambiante, un tel vieillissement est appelé Naturel.

Si le processus se déroule à une température élevée, le vieillissement est appelé artificiel.

Vieillissement (mécanique) par déformation procède après déformation plastique à froid.

Traitement à froid

Le nouveau genre le traitement thermique, pour augmenter la dureté de l'acier en transformant l'austénite résiduelle de l'acier trempé en martensite. Cela se fait en refroidissant l'acier à la température du point martensitique inférieur.

Méthodes durcissement superficiel

surface durcie appelé processus de traitement thermique, qui est le chauffage de la couche superficielle d'acier à une température supérieure à la température critique et son refroidissement ultérieur afin d'obtenir une structure martensitique dans la couche superficielle.

Il existe les types suivants : trempe par induction ; trempe dans un électrolyte, trempe par chauffage avec des courants haute fréquence (HFC), trempe avec chauffage à la flamme.

induction durcissante repose sur un phénomène physique dont l'essence réside dans le fait qu'un courant électrique à haute fréquence, traversant un conducteur, crée un champ électromagnétique autour de lui. Des courants de Foucault sont induits à la surface d'une pièce placée dans ce champ, provoquant l'échauffement du métal à des températures élevées. Cela permet aux transformations de phase de se produire.

Selon la méthode de chauffage, la trempe par induction est divisée en trois types :

chauffage et durcissement simultanés de toute la surface (utilisé pour les petites pièces);

chauffage et durcissement séquentiels de sections individuelles (utilisés pour les vilebrequins et pièces similaires);

chauffage et durcissement continu-séquentiel par mouvement (utilisé pour les pièces longues).

Durcissement à la flamme gazeuse. Le procédé de trempe à la flamme consiste en un chauffage rapide de la surface de la pièce avec une flamme oxy-acétylène, oxy-combustible ou oxygène-kérosène jusqu'à la température de trempe, suivi d'un refroidissement avec de l'eau ou une émulsion.

Durcissement dans l'électrolyte. Le processus de durcissement dans un électrolyte est le suivant: la pièce à durcir est abaissée dans un bain avec un électrolyte (solution à 5-10% de sel calciné) et un courant de 220-250 V est traversé. la pièce est chauffée à haute température. La pièce est refroidie soit dans le même électrolyte (après avoir coupé le courant), soit dans un bac de trempe spécial.

Traitement thermomécanique

Le traitement thermomécanique (T.M.O.) est une nouvelle méthode de renforcement des métaux et alliages tout en conservant une plasticité suffisante, combinant déformation plastique et traitement thermique de durcissement (trempe et revenu). Il existe trois principales méthodes de traitement thermomécanique.

Traitement thermomécanique à basse température (L.T.M.O) est basé sur un durcissement par étapes, c'est-à-dire que la déformation plastique de l'acier est effectuée à des températures de stabilité relative de l'austénite, suivie d'un durcissement et d'un revenu.

Traitement thermomécanique à haute température (H.T.M.O) en même temps la déformation plastique est effectuée aux températures de stabilité de l'austénite, suivie d'une trempe et d'un revenu.

Traitement thermomécanique préliminaire (P.T.M.O) la déformation dans ce cas peut être effectuée à des températures N.T.M.O et V.T.M.O ou à une température de 20ºС. De plus, le traitement thermique habituel est effectué: trempe et revenu.

afin de changer Caractéristiques métal, vous pouvez créer un alliage à partir de celui-ci et y ajouter d'autres composants. Cependant, il existe un autre moyen de modifier les paramètres d'un produit métallique - le traitement thermique des métaux. Avec son aide, vous pouvez influencer la structure du matériau et modifier ses caractéristiques.

Le traitement thermique du métal est une série de processus qui vous permettent d'éliminer les contraintes résiduelles d'une pièce, de modifier la structure interne du matériau et d'améliorer les performances. La composition chimique du métal après chauffage ne change pas. Avec un chauffage uniforme de la pièce, la taille du grain de la structure du matériau change.

Récit

La technologie du traitement thermique du métal est connue de l'humanité depuis l'Antiquité. Au Moyen Âge, les forgerons chauffaient et refroidissaient avec de l'eau les ébauches des épées. Au 19ème siècle, l'homme avait appris à traiter la fonte. Le forgeron a mis le métal dans un récipient plein de glace et recouvert de sucre. Ensuite, le processus de chauffage uniforme commence, d'une durée de 20 heures. Après cela, la billette en fonte pourrait être forgée.

Au milieu du XIXe siècle, le métallurgiste russe D.K. Chernov a documenté que lorsqu'un métal est chauffé, ses paramètres changent. De ce scientifique est partie la science - la science des matériaux.

A quoi sert le traitement thermique ?

Les pièces d'équipement et les unités de communication en métal sont souvent soumises à de fortes contraintes. En plus d'être soumis à des pressions, ils peuvent être exposés à des températures critiques. Pour résister à de telles conditions, le matériau doit être résistant à l'usure, fiable et durable.

Les structures métalliques achetées ne sont pas toujours capables de supporter des charges pendant longtemps. Pour les faire durer beaucoup plus longtemps, les maîtres métallurgistes utilisent un traitement thermique. Pendant et après le chauffage, la composition chimique du métal reste la même, mais les caractéristiques changent. Le processus de traitement thermique augmente la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la résistance du matériau.

Avantages du traitement thermique

Le traitement thermique des ébauches métalliques est un processus obligatoire lorsqu'il s'agit de la fabrication de structures pour une utilisation à long terme. Cette technologie présente plusieurs avantages :

1. Augmentation de la résistance à l'usure du métal.
2. Les pièces finies durent plus longtemps, le nombre d'ébauches défectueuses est réduit.
3. Améliore la résistance aux processus de corrosion.

Les structures métalliques après traitement thermique résistent à de lourdes charges, leur durée de vie augmente.

Types de traitement thermique de l'acier

En métallurgie, trois types de traitement de l'acier sont utilisés : technique, thermomécanique et chimico-thermique. Chacune des méthodes de traitement thermique présentées doit être discutée séparément.

Recuit

Une variante ou une autre étape du traitement technique du métal. Ce processus implique un chauffage uniforme d'une pièce métallique à une certaine température et son refroidissement ultérieur de manière naturelle. Après recuit, la contrainte interne du métal et son inhomogénéité disparaissent. Le matériau se ramollit avec la chaleur. Il est plus facile de traiter plus tard.

Il existe deux types de recuit :

1. Premier genre. Il y a un léger changement réseau cristallin en métal.
2. Deuxième espèce. Les changements de phase dans la structure du matériau commencent. Il est également appelé recuit complet du métal.

La plage de température au cours de ce processus est de 25 à 1200 degrés.

durcissement

Une autre étape de traitement technique. La trempe du métal est effectuée pour augmenter la résistance de la pièce et réduire sa ductilité. Le produit est chauffé à des températures critiques, puis rapidement refroidi par trempage dans un bain avec divers liquides. Types de durcissement :

1. refroidissement en deux étapes. Initialement, la pièce est refroidie à 300 degrés avec de l'eau. Après cela, la pièce est placée dans un bain rempli d'huile.
2. Utilisation d'un seul liquide. Si de petites pièces sont traitées, de l'huile est utilisée. Les grandes pièces sont refroidies à l'eau.
3. Échelonné. Après chauffage, la pièce est refroidie dans des sels fondus. Après cela, il est exposé à l'air frais jusqu'à ce qu'il refroidisse complètement.

On peut également distinguer un type d'écrouissage isotherme. C'est similaire à pas à pas, mais le temps de maintien de la pièce dans les sels fondus change.

Traitement thermomécanique

Il s'agit d'un mode typique de traitement thermique des aciers. Ce processus utilise des équipements de pressurisation, des éléments chauffants et des réservoirs de refroidissement. À différentes températures, la pièce est chauffée, puis une déformation plastique se produit.

Vacances

C'est la dernière étape du traitement thermique technique de l'acier. Ce processus est effectué après durcissement. La viscosité du métal augmente, la contrainte interne est supprimée. Le matériau devient plus durable. Peut être réalisé à différentes températures. Cela change le processus lui-même.

Traitement cryogénique

La principale différence entre le traitement thermique et l'exposition cryogénique est que cette dernière implique le refroidissement de la pièce. À la fin de cette procédure, les pièces deviennent plus solides, ne nécessitent pas de revenu, sont mieux rectifiées et polies.

Lors de l'interaction avec des fluides de refroidissement, la température chute à moins 195 degrés. La vitesse de refroidissement peut varier en fonction du matériau. Pour refroidir le produit à la température souhaitée, on utilise un processeur qui génère du froid. La pièce est refroidie uniformément et reste dans la chambre pendant un certain temps. Après cela, il est retiré et laissé se réchauffer seul à température ambiante.

Traitement chimico-thermique

Un autre type de traitement thermique, dans lequel la pièce est chauffée et exposée à divers éléments chimiques. La surface de la pièce est nettoyée et revêtue composants chimiques. Ce processus est effectué avant le durcissement.

Le maître peut saturer la surface du produit avec de l'azote. Pour ce faire, ils chauffent jusqu'à 650 degrés. Lorsqu'elle est chauffée, la pièce doit être dans une atmosphère cryogénique.

Traitement thermique des alliages non ferreux

Les types de traitement thermique des métaux présentés ne conviennent pas à divers types d'alliages et de métaux non ferreux. Par exemple, lorsque vous travaillez avec du cuivre, un recuit de recristallisation est effectué. Le bronze chauffe jusqu'à 550 degrés. Ils fonctionnent avec du laiton à 200 degrés. L'aluminium est d'abord durci, puis recuit et vieilli.

Le traitement thermique du métal est considéré comme un processus nécessaire dans la fabrication et usage ultérieur structures et pièces pour équipement industriel, voitures, avions, bateaux et autres équipements. Le matériau devient plus solide, plus durable et plus résistant aux processus de corrosion. Le choix du procédé dépend du métal ou de l'alliage utilisé.

31 octobre 2011

La figure montre les principaux schémas de TMT des alliages vieillissants. Les lignes irrégulières indiquent une déformation plastique.

Traitement thermomécanique à basse température (LTMT)

LTMO des alliages vieillissants- c'est le premier temps d'apparition (30s) et le plus largement utilisé dans l'industrie du traitement thermomécanique.

L'objectif principal de NTMO— augmentation des propriétés de résistance.

Dans le LTMT, l'alliage subit d'abord une trempe conventionnelle, puis une déformation à froid avant de vieillir.

Par rapport au vieillissement sans déformation préalable, le LTMT entraîne des résistances à la traction et à l'élasticité plus élevées, mais également des valeurs de ductilité plus faibles.

La figure montre l'effet du degré de déformation à froid sur la dureté d'un alliage de nickel trempé (courbe 1) et du même alliage vieilli après déformation (courbe 2).

L'influence du degré de réduction lors du tréfilage après durcissement à partir de 1000 °C sur la dureté du fil étiré à froid et vieilli d'un diamètre de 4 mm en alliage Nimonic-90 (d'après W. Betteridge) :

1 - étiré à froid ;
2 - déformation + vieillissement à 460 °C, 16 h.

Le renforcement pendant le LTMT est causé par deux raisons. Premièrement, la déformation à froid crée un écrouissage, et le durcissement par précipitation ultérieur commence à partir d'un niveau initial plus élevé de dureté de l'alliage. Deuxièmement, et surtout, la déformation à froid augmente l'effet du durcissement par précipitation. Ainsi, en l'absence d'écrouissage à froid, le durcissement de l'alliage Nimonic-90 à la suite d'un vieillissement à 450°C est très faible - seulement 15 kgf/mm2. Avec une augmentation du degré de déformation à froid, le durcissement au cours du vieillissement augmente continuellement (les courbes 1 et 2 de la figure divergent).

Avec une réduction de 90 %, l'augmentation de la dureté due au vieillissement était de 175 kgf/mm 2 . Par conséquent, dans le cas considéré, la trempe à froid augmente d'un ordre de grandeur (!) le durcissement au cours du vieillissement. Un tel effet fort du durcissement du LTMT par rapport au durcissement lors du traitement thermique selon le schéma habituel (trempe + vieillissement) est un phénomène relativement rare.

Cela est dû au fait que la température de vieillissement de 450 °C est trop basse pour le nimonic, et en l'absence d'écrouissage à froid, la décomposition d'une solution sursaturée à cette température se développe très lentement. Si, après durcissement, le vieillissement est effectué à une température optimale pour un durcissement maximal (environ 700 °C), alors l'effet de l'introduction de l'écrouissage à froid sera bien moindre.

En toute première approximation, on peut affirmer que le durcissement à froid, en augmentant la densité d'imperfections dans les cristaux d'une solution sursaturée, la rend thermodynamiquement moins stable et accélère le vieillissement. Cependant, des faits expérimentaux et une analyse plus détaillée montrent que l'effet du durcissement sur le vieillissement peut être assez complexe. La nature de cette influence dépend des modes d'écrouissage, de déformation et de vieillissement, de la nature de l'alliage et, pour un alliage, de la nature des précipités au cours du vieillissement.

"Théorie du traitement thermique des métaux",
II Novikov

Au cours de HTMT, l'austénite est déformée dans la zone de sa stabilité thermodynamique, puis trempée pour la martensite (voir Figure Scheme of Alloy Steel Processing). Après trempe, un revenu bas est effectué. L'objectif principal du traitement thermique conventionnel avec chauffage par déformation (forgeage par laminage) est d'exclure un chauffage spécial pour le durcissement et d'obtenir ainsi un effet économique. L'objectif principal de HTMT est d'améliorer les propriétés mécaniques...

D'un grand intérêt est le phénomène d'hérédité ("réversibilité") du durcissement du HTMT découvert par ML Bernstein lors de traitements thermiques répétés. Il s'est avéré que le durcissement HTMT est conservé si l'acier est redurci avec une courte exposition à la température de chauffage pour la trempe ou si l'acier trempé HTMT est d'abord soumis à un revenu élevé puis redurci. Par exemple, la résistance à la traction de l'acier 37XH3A après HTMT selon le régime...

Les procédés de TMT des aciers ont été intensivement étudiés depuis le milieu des années 1950 dans le cadre de la recherche de nouvelles voies pour augmenter la résistance structurale. Traitement thermomécanique à basse température (LTMT) Au cours du LTMT, l'austénite surfondue se déforme dans la région de sa stabilité accrue, mais nécessairement en dessous de la température de début de recristallisation, puis (se transforme en martensite. Après cela, un revenu bas est effectué (pas indiqué sur la figure). Schéma de traitement ...