Qu'est ce que la Trempe en Forge ?

juin 11, 2020

Qu'est ce que la trempe ?

La trempe est un moyen rapide de ramener le métal à température ambiante après le traitement thermique pour éviter que le processus de refroidissement ne modifie radicalement la microstructure du métal. Pour ce faire, les métallurgistes placent le métal chaud dans un liquide ou parfois dans de l'air forcé. Le choix du liquide ou de l'air forcé est appelé le milieu.

Comment s'effectue la trempe ?

Les milieux courants pour la trempe comprennent :

  • les polymères spéciaux
  • la convection forcée de l'air
  • l'eau douce
  • l'eau salée
  • le pétrole

L'eau est un milieu efficace lorsque l'objectif est de faire atteindre à l'acier une dureté maximale. Cependant, l'utilisation de l'eau peut entraîner la fissuration ou la déformation du métal. Si une dureté extrême n'est pas nécessaire, on peut utiliser de l'huile minérale, de l'huile de baleine ou de l'huile de coton pour le processus de trempe. Le processus de trempe peut sembler dramatique pour ceux qui ne le connaissent pas. Lorsque les métallurgistes transfèrent le métal chaud au milieu choisi, de la vapeur s'élève du métal en grand volume.

L'impact de la vitesse de trempe

Des vitesses de trempe plus lentes donnent aux forces thermodynamiques une plus grande possibilité de modifier la microstructure, ce qui peut souvent être une mauvaise chose si cette modification de la microstructure affaiblit le métal. Parfois, ce résultat est préférable, c'est pourquoi différents milieux sont utilisés pour effectuer la trempe. Le pétrole, par exemple, a un taux de trempe beaucoup plus faible que l'eau. La trempe dans un milieu liquide nécessite de remuer le liquide autour de la pièce de métal pour réduire la vapeur d'eau à la surface. Des poches de vapeur peuvent contrarier le processus de trempe, il est donc nécessaire de les éviter.

Pourquoi la trempe est-elle réalisée ?

Souvent utilisée pour durcir les aciers, la trempe à l'eau à partir d'une température supérieure à la température austénitique entraîne le piégeage du carbone à l'intérieur du lattis austénitique. Cela conduit au stade martensitique, dur et fragile. L'austénite fait référence aux alliages de fer à base de fer gamma, et la martensite est un type dur de structure cristalline de l'acier.

La martensite d'acier trempé est très cassante et soumise à des contraintes. Par conséquent, l'acier trempé subit généralement un processus thermique. Ce processus consiste à réchauffer le métal à une température inférieure à un point critique, puis à le laisser refroidir à l'air.

En général, l'acier est ensuite trempé dans des bains d'huile, de sel, de plomb ou dans des fours où l'air circule grâce à des ventilateurs afin de restaurer une partie de la ductilité (capacité à résister à la traction) et de la ténacité perdues lors de la conversion en martensite. Après la trempe, le métal est refroidi rapidement, lentement ou pas du tout, selon les circonstances, en particulier si le métal en question est vulnérable à la fragilité après la trempe.

En plus des températures de la martensite et de l'austénite, le traitement thermique du métal implique les températures de la ferrite, de la perlite, de la cémentite et de la bainite. La transformation de la ferrite delta se produit lorsque le fer est chauffé à une forme de fer à haute température. Selon l'Institut de soudage en Grande-Bretagne, elle se forme "lors du refroidissement de faibles concentrations de carbone dans les alliages fer-carbone à partir de l'état liquide avant de se transformer en austénite".

La perlite est créée lors du lent processus de refroidissement des alliages de fer. La bainite se présente sous deux formes

  • la bainite supérieure
  • la bainite inférieure

Elle est produite à une vitesse de refroidissement plus lente que la formation de martensite, mais à une vitesse de refroidissement plus rapide que la ferrite  et la perlite. La trempe empêche l'acier de se décomposer de l'austénite en ferrite et en cémentite. L'objectif est que l'acier atteigne la phase martensitique.

Différents milieux de trempe

Chaque support disponible pour le processus de trempe a ses propres avantages et inconvénients, et il appartient aux métallurgistes de décider ce qui est le mieux adapté à un travail spécifique. Voici quelques-unes des options disponibles :

Milieux Caustiques

Il s'agit de l'eau, de différentes concentrations d'eau salée et de la soude. Ce sont les moyens les plus rapides pour refroidir les métaux pendant le processus de trempe. Outre le risque de déformation du métal, des précautions de sécurité doivent être prises lors de l'utilisation de sodas caustiques, car ils peuvent être nocifs pour la peau ou les yeux.

Milieux à base d'Huiles

Cette méthode tend à être la plus populaire car certaines huiles peuvent encore refroidir les métaux rapidement mais sans le même risque que l'eau ou d'autres caustiques. Les huiles présentent cependant des risques, car elles sont inflammables. Il est donc important pour les métallurgistes de connaître les limites des huiles avec lesquelles ils travaillent en termes de températures et de poids de charge afin d'éviter les incendies.

Milieux Gazeux

Si l'air forcé est courant, l'azote est une autre option populaire. Les gaz sont souvent utilisés pour les métaux finis, tels que les outils. Le réglage de la pression et de l'exposition aux gaz permet de contrôler la vitesse de refroidissement.



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