Quel est le meilleur type de trempe pour la forge ?

Comparaison des procédés et supports de trempe pour la forge et la forge (huile, eau, air)

Le processus de trempe en forge et en métallurgie permet de refroidir et de durcir rapidement une pièce de métal après l'avoir travaillée dans un environnement chaud.

Le principal avantage de la trempe des pièces après un traitement thermique est l'effet réduit qu'elle a sur la microstructure de la pièce, qui peut être plus grave si elle subit un processus de refroidissement plus lent.

La trempe du métal peut être effectuée avec différents milieux. Les milieux de trempe disponibles peuvent être :

  • l'eau
  • l'air
  • l'huile
  • la saumure

Bien que chacun de ces types de milieux de trempe soit couramment utilisé par les forgerons, ils présentent des avantages et des inconvénients qui doivent être pris en compte avant d'en choisir un.

Pourquoi la trempe est-elle importante dans le forgeage ?

La trempe est une étape importante dans les processus de travail des métaux, car elle permet de contrôler toute modification de la microstructure d'une pièce.

Si un métal traité thermiquement subit un processus de refroidissement lent, il est susceptible de subir des modifications structurelles indésirables qui sont thermodynamiquement favorisées à des températures plus basses.

Certains de ces changements incluent des transformations de phase. Comme le processus de trempe se déroule sur une durée plus courte, il limite considérablement l'exposition de la pièce à ces conditions.

Le processus de trempe nécessite de :

  • Chauffer une pièce métallique pour commencer
  • Une fois que la pièce a atteint une température appropriée (généralement entre 815°C et 900°C) supérieure à sa température de recristallisation et inférieure à son point de fusion, elle peut être trempée dans un four à air ou un bain liquide pour maintenir la température.

La durée de la partie trempage du processus peut varier, mais il faut veiller à ce que la température de toutes les surfaces de la pièce soit uniforme. Une fois que la température de la pièce est uniforme, la pièce peut être trempée dans un milieu liquide pour refroidir jusqu'à ce qu'elle atteigne la température ambiante.

La durée de l'étape de trempe peut être prolongée jusqu'à ce que la totalité du matériau soit à une température uniforme. Le type de milieu utilisé pendant cette étape de refroidissement peut avoir un effet important sur la structure finale de la pièce.

Le refroidissement rapide d'une pièce par le processus de trempe peut augmenter la dureté du métal. La trempe réduit en fait la taille de la structure cristalline d'un métal, le rendant plus dense.

Cette augmentation de la densité permet au métal d'avoir une plus grande dureté. L'acier est un métal couramment durci par le processus de trempe.

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Facteurs à prendre en considération lors de la sélection d'un milieu de trempe

milieu de trempe en forge

Photo par tmib_seattle

Matériau et composition

Il existe des facteurs importants à prendre en compte lors de la sélection d'un type de milieu de trempe pour l'application prévue. La connaissance de la composition du matériau et de l'application souhaitée de votre pièce facilitera le processus de sélection du support.

Par exemple, différents types d'acier auront des compositions différentes et seront " classés " pour différents types de milieux de trempe. L'acier utilisé pour les couteaux, les lames et certains outils à main (par exemple, les poinçons) est souvent classé pour la trempe à l'huile ; il est donc logique de choisir l'huile comme milieu de trempe plutôt que l'eau ou l'air.

Il est donc logique de choisir l'huile comme milieu de trempe plutôt que l'eau ou l'air. Il est important de connaître le matériau que vous utilisez et sa classification préférentielle pour la trempe, mais aussi le produit final et les spécifications souhaitées de la pièce, car tous les processus de trempe peuvent affecter la structure finale de la pièce.

Coût et accessibilité

Le coût de la trempe est un autre facteur essentiel à prendre en compte pour choisir le support de trempe qui vous convient. Certains types de milieux de trempe sont plus accessibles que d'autres, ce qui peut affecter considérablement le coût du milieu.

La capacité thermique du milieu de trempe que vous choisissez est une caractéristique importante à garder à l'esprit, car elle peut déterminer l'efficacité thermique du processus de trempe.

Durée de la trempe

La durée nécessaire à la trempe complète d'une pièce peut également être affectée par le type de milieu de trempe utilisé, ce qui peut avoir une incidence considérable sur les temps de travail.

Impact environnemental et durabilité

L'impact environnemental que peut avoir le milieu de trempe que vous avez choisi est également une question très importante à prendre en compte. Certains types de milieux de trempe sont plus durables que d'autres.

Différents types de milieux de trempe pour la forge (air, huile, eau, saumure)

1) Air

milieu de trempe l'air forge

photo par Becky Stern

L'air est un milieu largement utilisé pour le processus de trempe. Comme tout métal chauffé que l'on laisse refroidir à la température ambiante est techniquement "trempé à l'air", le terme le plus approprié pour désigner l'air utilisé dans le processus de trempe rapide est l'air comprimé ou forcé. Si une pièce est entièrement plongée dans l'air comprimé, elle est trempée à un rythme beaucoup plus rapide que dans un environnement d'air immobile.

Ce moyen de trempe très accessible a des coûts associés faibles, mais il peut ne pas être le moyen le plus efficace de tremper une pièce par rapport aux autres moyens.

Avantages

Inconvénients
✅ Support très accessible
✅ Support à faible coût
✅ Pas d'impact négatif sur l'environnement

🟥 N'affecte pas radicalement la structure de la pièce.

🟥 L'air comprimé ou forcé est plus efficace que l'air immobile.

 

2) Eau

eau milieu de trempe en forge

L'eau est un autre moyen courant de trempe. Ce type de milieu de trempe est idéal pour refroidir rapidement les métaux et agit beaucoup plus rapidement que l'air comprimé.

La trempe d'une pièce dans l'eau consiste à la placer dans un réservoir rempli d'eau et à la laisser refroidir uniformément jusqu'à la température ambiante.

L'eau étant un autre type de trempe accessible, les coûts de la trempe à l'eau sont également relativement faibles.

L'eau est un excellent moyen à utiliser pour augmenter considérablement la dureté d'un métal. Toutefois, cela peut avoir pour conséquence de rendre le métal suffisamment fragile pour qu'il soit susceptible de se fissurer.

Malgré ce problème, l'eau est un excellent moyen à utiliser pour limiter l'impact sur l'environnement, car c'est un liquide durable, et c'est un excellent choix pour la plupart des applications et des matériaux de forge (à l'exception de certains aciers conçus pour la trempe à l'huile).

Avantages

Inconvénients
✅ Milieu très accessible
✅ Peut refroidir rapidement la pièce à travailler
✅ Excellent pour augmenter la dureté du métal
✅ Moyen peu coûteux
✅ Pas d'impact négatif sur l'environnement

🟥 Peut provoquer une déformation du métal

🟥 La pièce peut devenir trop fragile et se fissurer.


3) Huile

huile milieu de trempe forge

L'huile est un autre moyen de trempe populaire. Ce moyen fonctionne beaucoup plus rapidement que l'air comprimé, mais pas aussi vite que l'eau.

Cependant, il existe différents types d'huiles disponibles en fonction de la vitesse de refroidissement souhaitée.

Les différentes structures organiques des différents types d'huile affectent considérablement le point d'éclair de chaque huile. Le point d'éclair de l'huile est une caractéristique importante à connaître lors du choix d'une huile appropriée pour la trempe, car il s'agit de la température à laquelle une huile s'enflamme.

Bien qu'il existe une plus grande variété de types d'huile pour la trempe, il ne s'agit pas d'un liquide très durable et ses coûts sont plus élevés que ceux de la trempe à l'eau ou à l'air, cependant, elle devient rapidement l'un des moyens de trempe les plus populaires pour la forge, en particulier pour l'acier destiné à la trempe à l'huile utilisé dans les lames et les outils.

Avantages

Inconvénients
✅ Refroidit rapidement les pièces à usiner
 Augmente la dureté des métaux
 Différents types d'huile disponibles

🟥 Impact environnemental négatif

🟥 Moyen plus coûteux

 

4) La saumure

saumure milieu de trempe en forge


La saumure est un mélange homogène composé d'eau et de sel. Cette solution unique a la capacité de tremper les pièces métalliques à un rythme plus rapide que tous les milieux précédemment décrits.

La raison de son efficacité est que la présence des particules de sel dans la solution empêche la formation de bulles à la surface du métal. Cela permet à la surface qui aurait été occupée par des bulles d'air d'être remplacée par l'eau liquide, permettant au métal d'être davantage englouti dans le fluide de trempe et, par conséquent, d'atteindre une température uniforme et plus froide en un temps plus court.

Bien que la présence de sel soit très efficace dans le processus de trempe, elle peut avoir de graves ramifications écologiques si elle est déversée dans n'importe quel endroit. 

Avantages
Inconvénients
✅ Le taux d'extinction le plus rapide de tous les milieux d'extinction.
✅ Augmente la surface disponible pour la trempe sur la pièce.
✅ Augmente efficacement la dureté du métal
🟥 La saumure résiduelle est polluante et le processus de dessalement peut être coûteux.


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