Les traitements thermiques des alliages métalliques

Résumé du document

Trempabilité : capacité d'un acier à se transformer en martensite suivant les conditions de refroidissement : mesure qualitative de la diminution de la dureté en fonction de la distance à la surface (moins de martensite) (...)

Extraits

[...] refroidissement lent (four éteint) Microstructure : perlite grossière (douce et ductile) Recuit de sphéroïdisation Acier à forte teneur en carbone trop dur pour être mis en forme Recuit à une Température légèrement inférieure Teutectoïde Sphéroïdite = plus mou et ductile si acier perlitique temps~20h sphéroïdes de cémentite usinage ou déformation plus facile Trempe et microstructure production d'acier martensitique (dur) : refroidissement rapide dans le process (transformation martensitique) 3 milieux de refroidissement : eau, air ou huile PROBLEME dans ces refroidissements la température n'est pas uniforme dans toute la pièce surface plus froide que le centre variation de microstructure dans la pièce il faut tenir compte de 3 facteurs: facteurs 1. composition de l'alliage 2. [...]

[...] Solubilité max de A dans B (Cβ) La solubilité de B dans A : Est de quelques % Diminue très vite quand la température baisse T0 M Concentration maximale T1 N Concentration très faible On doit avoir aussi Cα>>Cβ Mise en solution Le process de durcissement pare précipitation se fait par deux traitements thermiques D'abord : MISE EN SOLUTION On dissout tous les atomes d'addition dans A (système monophasé) Chauffage jusque T0, on laisse le temps de dissolution puis refroidissement rapide (trempe) jusque T1 (souvent Tambiante) La solution solide monophasée se fige hors équilibre (pas de diffusion), elle est sursaturée en B. [...]

[...] caractéristiques du milieu de trempe 3. taille et forme de la pièce Trempabilité Trempabilité : capacité d'un acier à se transformer en martensite suivant les conditions de refroidissement: mesure qualitative de la diminution de la dureté en fonction de la distance à la surface (moins de martensite) Caractérisation de la trempabilité : essai Jominy On fixe la taille et la vitesse de refroidissement , on étudie l'effet de la composition éprouvette austénisée refroidie par eau mesure de dureté sur un méplat à intervalle précis vitesse de refroidissement maximale Test Jominy Machine d'essai Jominy Courbes de trempabilité surface distance à la surface augmente = transformation austénitique plus longue centre la courbe de trempabilité est caractéristique de chaque composition d'alliage acier à forte trempabilité : dureté élevée sur une grande distance 100% martensite Tous les alliages possèdent 0.4 m%C dureté de surface identique forte trempabilité aciers alliés acier non allié faible trempabilité chute brutale faible (d>8mm) Cr, Ni, Mo ralentissent réactions perlitiques et bainitiques donc plus de martensite Evolution de la dureté dans l'axe extrémité trempée T la plus froide courbes de refroidissement transformation de l'austénite extrémité sur le support T la plus chaude différentes réactions plusieurs phases en fonction de la distance sur l'axe composition eutectoïde Trempabilité et teneur en carbone Dureté sur l'axe plus la teneur en carbone est importante et plus la dureté est grande vitesse de refroidissement à 700°C Attention norme US extrémité trempée Tolérance de trempabilité process industriel : légères variations d'un lot à l'autre : phénomène inévitable variations dans la trempabilité courbe de trempabilité maximale Variations des propriétés mécaniques Marge de tolérance = écart entre trempabilité théorique et dispersion réelle courbe de trempabilité minimale Taille des pièces et milieux de trempe plus refroidissement rapide, plus on parle de trempe sévère chaleur doit : •arriver à la surface de la pièce dissiper dans le milieu de trempe trempe à l'eau trempe à l'huile pour un même alliage taille et géométrie des pièces refroidissement différent courbes de refroidissement Profils de dureté Deux types d'acier à 0.4 %mC 1040 acier non allié C40 (AFNOR) (acier pour traitement thermique) 4140 acier allié 42CrMo4 (AFNOR) 1%mCr %mMo (acier de décolletage) Deux diamètres différents pour le même acier Dissipation de la chaleur à la surface de la pièce vitesse de refroidissement surface masse surface augmente masse trempe profonde acier allié : meilleure trempabilité Une pièce avec une géométrie complexe : grande surface de contact avec le milieu de trempe : trempabilité augmente Précipitation et vieillissement Traitement thermique Précipitation Fines particules d'une autre phase dans la matrice Durcissement structural Amélioration de la dureté et et de la résistance à la traction Durcissement par vieillissement Améliorations des propriétés mécaniques avec le temps Exemples : Al-Cu, Cu-Be, Cu-Sn, Mg-Al Précipitation Pour expliquer le durcissement par précipitation point de départ = diagramme de phase Diagramme de phase d'un alliage A-B Pour une composition C0 On repère : 1. [...]

[...] Traitement thermique des alliages métalliques Recuits (principe) Définition : recuit = chauffer un matériau à une température élevée pendant une période assez longue puis le laisser refroidir lentement Intérêts : 1. éliminer les contraintes internes 2. ajuster les propriétés mécaniques (diminuer la dureté améliorer la ductilité et la tenacité) 3. [...]

[...] Recuit Complet Acier à faible ou moyenne teneur en carbone destinés à l'usinage ou à une mise en forme induisant de grands déformations plastiques. Recuit complet Trois étapes: 1. chauffage jusque T > de 15 à 40°C à Tlimite 2. [...]