Le traitement thermique fait référence à un processus de traitement thermique des métaux dans lequel les matériaux sont chauffés, maintenus au chaud et refroidis à l'état solide pour obtenir la structure et les propriétés souhaitées.
1. Traitement thermique
1. Normalisation : chauffez l'acier ou les pièces en acier à la température appropriée au-dessus du point critique AC3 ou ACM, conservez-le pendant un certain temps, puis refroidissez-le à l'air pour obtenir la structure semblable à la perlite.
2. Recuit : chauffez la pièce en acier hypoeutectoïde à 20-40 degrés au-dessus d'AC3, maintenez-la au chaud pendant un certain temps, puis refroidissez-la lentement avec le four (ou enterrez-la dans du sable ou de la chaux) jusqu'en dessous de 500 degrés et refroidissez-le à l’air. .
3. Traitement thermique en solution : chauffer l'alliage dans une zone monophasée à haute température et le maintenir à une température constante, de sorte que la phase en excès puisse être entièrement dissoute dans la solution solide, puis rapidement refroidie pour obtenir une solution solide sursaturée. processus de traitement thermique.
4. Vieillissement : Une fois que l'alliage est soumis à un traitement thermique en solution ou à une déformation plastique à froid, ses propriétés changent avec le temps lorsqu'il est placé à température ambiante ou légèrement supérieure à la température ambiante.
5. Traitement de la solution : dissoudre complètement les différentes phases de l'alliage, renforcer la solution solide, améliorer la ténacité et la résistance à la corrosion, éliminer les contraintes et ramollir, de manière à poursuivre le traitement et le formage.
6. Traitement de vieillissement : chauffer et maintenir au chaud à la température à laquelle la phase de renforcement précipite, de sorte que la phase de renforcement précipite, durcisse et augmente la résistance.
7. Trempe : Processus de traitement thermique dans lequel l'acier est austénitisé et refroidi à une vitesse de refroidissement appropriée, de sorte que la pièce subisse de la martensite et d'autres transformations structurelles instables dans toute la section transversale ou dans une certaine plage.
8. Revenu : Chauffez la pièce trempée à une température appropriée en dessous du point critique AC1 pendant une certaine période de temps, puis refroidissez-la avec une méthode qui répond aux exigences pour obtenir la structure et les performances requises.
9. Carbonitruration de l'acier : La carbonitruration est le processus d'infiltration simultanée de carbone et d'azote dans la surface de l'acier. Traditionnellement, la carbonitruration gazeuse est également appelée cyanuration, et la carbonitruration gazeuse à moyenne température et la carbonitruration gazeuse à basse température (c'est-à-dire la nitruration gazeuse douce) sont largement utilisées. L’objectif principal de la carbonitruration gazeuse à moyenne température est d’améliorer la dureté, la résistance à l’usure et la résistance à la fatigue de l’acier. La carbonitruration gazeuse à basse température est principalement une nitruration et son objectif principal est d'améliorer la résistance à l'usure et au grippage de l'acier.
10. Trempe et revenu : Généralement, le traitement thermique combinant trempe et revenu à haute température est appelé trempe et revenu. Le traitement de trempe et de revenu est largement utilisé dans diverses pièces structurelles importantes, en particulier les bielles, les boulons, les engrenages et les arbres qui fonctionnent sous des charges alternées. Après traitement de trempe et de revenu, la structure de sorbite revenue est obtenue et ses propriétés mécaniques sont meilleures que la structure de sorbite normalisée avec la même dureté. Sa dureté dépend de la température de revenu à haute température et est liée à la stabilité au revenu de l'acier et à la taille de la section transversale de la pièce, généralement entre HB200-350.
11. Brasage : Processus de traitement thermique dans lequel deux pièces sont chauffées, fondues et liées ensemble par de la soudure.
2. Caractéristiques du processus
Le traitement thermique des métaux est l’un des processus importants dans la fabrication mécanique. Comparé à d'autres techniques de traitement, le traitement thermique ne modifie généralement pas la forme et la composition chimique globale de la pièce, mais modifie la microstructure à l'intérieur de la pièce ou modifie la composition chimique de la surface de la pièce. , pour donner ou améliorer les performances de la pièce. Elle se caractérise par l’amélioration de la qualité intrinsèque de la pièce, généralement non visible à l’œil nu. Afin que les pièces métalliques possèdent les propriétés mécaniques, physiques et chimiques requises, en plus d'une sélection raisonnable de matériaux et de divers processus de formage, les processus de traitement thermique sont souvent essentiels. L’acier est le matériau le plus utilisé dans l’industrie mécanique. La microstructure de l'acier est complexe et peut être contrôlée par traitement thermique. Par conséquent, le traitement thermique de l’acier constitue le contenu principal du traitement thermique des métaux. De plus, l'aluminium, le cuivre, le magnésium, le titane, etc. et leurs alliages peuvent également modifier leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques grâce à un traitement thermique pour obtenir des performances différentes.
3. Processus
Le processus de traitement thermique comprend généralement le chauffage, l'isolation, trois processus de refroidissement, et parfois seulement deux processus de chauffage et de refroidissement. Ces processus sont interconnectés et ne peuvent être interrompus.
Le chauffage est l'un des processus importants du traitement thermique. Les moyens de chauffage pour le traitement thermique des métaux sont nombreux, ils sont les premiers à adopter le charbon de bois et le charbon comme source thermique, puis à utiliser des combustibles liquides et gazeux. L'application de l'électricité rend le chauffage facile à contrôler sans pollution de l'environnement. Ces sources de chaleur peuvent être utilisées pour un chauffage direct, mais également pour un chauffage indirect via du sel ou du métal fondu, voire des particules flottantes.
Lorsque le métal est chauffé, la pièce est exposée à l'air et une oxydation et une décarburation se produisent souvent (c'est-à-dire que la teneur en carbone à la surface de la pièce en acier est réduite), ce qui a un effet très négatif sur les propriétés de surface du pièces après traitement thermique. Par conséquent, les métaux doivent généralement être chauffés dans une atmosphère contrôlée ou une atmosphère protectrice, avec du sel fondu et sous vide, et peuvent également être protégés par des méthodes de revêtement ou d'emballage.
La température de chauffage est l'un des paramètres technologiques importants du processus de traitement thermique, sélectionne et contrôle la température de chauffage et constitue le sujet qui garantit la qualité du traitement thermique. La température de chauffage est différente et différente selon le matériau métallique traité et le but du traitement thermique, mais généralement tout doit être chauffé à une température supérieure à la température de transformation, pour obtenir une microstructure à haute température. De plus, la transformation prend un certain temps, donc lorsque la surface de la pièce métallique atteint la température de chauffage requise, elle doit être maintenue à cette température pendant un certain temps pour rendre les températures interne et externe cohérentes et compléter le processus. transformation des microstructures. Cette période de temps est appelée temps de maintien. Lors de l'adoption d'un chauffage à haute densité énergétique et d'une chaleur de surface à gérer, le taux de chauffage est extrêmement rapide et n'a généralement tout simplement pas de temps de trempage, et le temps de trempage du traitement thermochimique est souvent plus long.
Le refroidissement est également une étape indispensable dans le processus de traitement thermique. La méthode de refroidissement est différente en raison de différents processus, principalement pour contrôler la vitesse de refroidissement. La vitesse de refroidissement générale du recuit est la plus lente, la vitesse de refroidissement de normalisation est très rapide et la vitesse de refroidissement de trempe est plus rapide. Cependant, il existe des exigences différentes en raison des différents types d'acier. Par exemple, l'acier dur vide peut être durci à la même vitesse de refroidissement que la normalisation.
4. Classification des processus
Les procédés de traitement thermique des métaux peuvent être grossièrement divisés en trois catégories : le traitement thermique global, le traitement thermique de surface et le traitement thermique chimique. Selon la différence entre le fluide caloporteur, la température de chauffage et la méthode de refroidissement, chaque grande classe peut à nouveau être divisée en différents processus de traitement thermique. Un même métal adopte différents procédés de traitement thermique pour obtenir des structures différentes et ainsi avoir des propriétés différentes. L'acier est le métal le plus utilisé dans l'industrie, et la microstructure de l'acier est également la plus complexe, il existe donc différents procédés de traitement thermique de l'acier.
Le traitement thermique global est un processus de traitement thermique du métal qui chauffe la pièce dans son ensemble, puis la refroidit à une vitesse appropriée pour obtenir la structure métallographique requise pour modifier ses propriétés mécaniques globales. Le traitement thermique global de l'acier comporte généralement quatre processus de base : le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu.
Le processus signifie :
Le recuit consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, à adopter différents temps de maintien en fonction du matériau et de la taille de la pièce, puis à la refroidir lentement. Organisez-vous.
La normalisation consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, puis à la refroidir à l'air. L'effet de normalisation est similaire à celui du recuit, mais la structure obtenue est plus fine. Il est souvent utilisé pour améliorer les performances de coupe des matériaux, et parfois pour certaines pièces peu exigeantes. comme traitement thermique final.
La trempe consiste à refroidir rapidement la pièce dans des milieux de trempe tels que l'eau, l'huile ou d'autres sels inorganiques et des solutions aqueuses organiques après chauffage et conservation de la chaleur. Après trempe, la pièce en acier devient dure, mais en même temps elle devient cassante. Afin d'éliminer la fragilité dans le temps, il faut généralement la tremper dans le temps.
Afin de réduire la fragilité des pièces en acier, les pièces en acier trempées sont maintenues pendant une longue période à une température appropriée supérieure à la température ambiante mais inférieure à 650 degrés C, puis refroidies. Ce processus est appelé trempe. Le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu sont les « quatre feux » du traitement thermique global. Parmi eux, la trempe et le revenu sont étroitement liés, et ils sont souvent utilisés ensemble, et les deux sont indispensables. Les « quatre feux » ont fait évoluer différents processus de traitement thermique avec différentes températures de chauffage et méthodes de refroidissement. Afin d'obtenir une certaine résistance et ténacité, le processus combinant trempe et revenu à haute température est appelé trempe et revenu. Une fois que certains alliages ont été trempés pour former une solution solide sursaturée, ils sont maintenus à température ambiante ou à une température légèrement plus élevée pendant une période plus longue afin d'améliorer la dureté, la résistance ou les propriétés électriques de l'alliage. Un tel processus de traitement thermique est appelé traitement de vieillissement.
La méthode consistant à combiner efficacement et étroitement la déformation par traitement sous pression et le traitement thermique afin que la pièce puisse obtenir une bonne résistance et ténacité est appelée traitement thermique de déformation ; le traitement thermique dans une atmosphère à pression négative ou sous vide est appelé traitement thermique sous vide, qui peut non seulement rendre la pièce non oxydée et décarburée, la surface de la pièce reste lisse après le traitement, les performances de la pièce sont améliorées et l'agent d'infiltration peut également être utilisé pour un traitement thermique chimique.
Le traitement thermique de surface est un processus de traitement thermique des métaux qui chauffe uniquement la surface de la pièce pour modifier les propriétés mécaniques de la surface. Afin de chauffer uniquement la surface de la pièce sans laisser passer trop de chaleur à l'intérieur de la pièce, la source de chaleur utilisée doit avoir une densité énergétique élevée, c'est-à-dire donner une grande quantité d'énergie thermique à la pièce par unité de surface. , de sorte que la surface ou une partie de la pièce puisse être à court terme ou instantanée. à haute température. Les principales méthodes de traitement thermique de surface sont la trempe à la flamme et le traitement thermique par chauffage par induction. Les sources de chaleur couramment utilisées sont les flammes telles que l'oxyacétylène ou l'oxypropane, le courant induit, le laser et le faisceau d'électrons.
Le traitement thermique chimique est un processus de traitement thermique des métaux qui modifie la composition chimique, la structure et les propriétés de la surface de la pièce. La différence entre le traitement thermique chimique et le traitement thermique de surface réside dans le fait que le premier modifie la composition chimique de la surface de la pièce. Le traitement thermique chimique consiste à chauffer la pièce dans un milieu (gaz, liquide, solide) contenant du carbone, du sel ou d'autres éléments d'alliage, et à la maintenir au chaud pendant une longue période, de sorte que la surface de la pièce soit infiltrée par des éléments tels que carbone, azote, bore et chrome. Après infiltration des éléments, d'autres procédés de traitement thermique tels que la trempe et le revenu sont parfois nécessaires. Les principales méthodes de traitement thermique chimique sont la cémentation, la nitruration et la métallisation.
Le traitement thermique est l’un des processus importants dans le processus de fabrication de pièces mécaniques, d’outils et de moules. D'une manière générale, il peut garantir et améliorer diverses propriétés de la pièce, telles que la résistance à l'usure et à la corrosion. Il peut également améliorer la structure et l'état de contrainte de l'ébauche pour faciliter divers traitements à froid et à chaud.