Le traitement thermique général de l'acier

Recuit

L'acier dont la structure s'écarte de l'état d'équilibre est chauffé à une température appropriée, conservé pendant un certain temps, puis refroidi lentement (généralement refroidi avec le four) pour obtenir la structure proche de l'état d'équilibre. Le processus de traitement thermique est appelé recuit.

Le recuit de l'acier est divisé en recuit complet, recuit isotherme, recuit de sphéroïdisation, recuit de diffusion et recuit de détente.

1. Entièrement recuit

Le recuit complet est également appelé recuit de recristallisation, qui consiste à chauffer l'acier à 20℃～30℃ au-dessus de Ac3, le maintenir pendant un certain temps, puis le refroidir lentement (refroidissement dans le four ou enfouissement dans la chaux et le sable) pour obtenir un procédé de traitement thermique proche de la structure d'équilibre. Le recuit complet est généralement utilisé pour les aciers hypoeutectoïdes.

Le but du recuit complet est d'homogénéiser et d'affiner la structure grossière et inégale causée par le travail à chaud par recristallisation complète pour améliorer les performances; ou pour obtenir une structure proche de l'équilibre pour l'acier au carbone et l'acier allié au-dessus du carbone moyen. Pour réduire la dureté et améliorer les performances de coupe. En raison de la vitesse de refroidissement lente, les contraintes internes peuvent également être éliminées.

2. Recuit isotherme

Le recuit isotherme consiste à chauffer l'acier à une température supérieure à Ac3 (ou Ac1), et après avoir maintenu pendant un temps approprié, il sera refroidi à une certaine température dans la zone de perlite rapidement, et maintenu isotherme, de sorte que l'austénite soit isotherme transformé, puis lentement refroidi Le processus de traitement thermique.

Le but du recuit isotherme est le même que celui du recuit complet, qui permet d'obtenir une structure attendue uniforme ; pour les aciers alliés à austénite relativement stable, le temps de recuit peut être considérablement raccourci.

3. Recuit de sphéroïdisation

Le recuit de sphéroïdisation est un procédé de traitement thermique pour sphéroïdiser les carbures dans l'acier. Le but est de sphéroïdiser la cémentite dans la cémentite et la perlite secondaires (la normalisation avant le recuit brisera le réseau de cémentite) pour réduire la dureté et améliorer les performances de coupe ; et de préparer l'organisation pour l'extinction ultérieure. Le recuit de sphéroïdisation est principalement utilisé pour l'acier eutectoïde et l'acier hypereutectoïde.

La microstructure de l'acier hypereutectoïde après recuit sphéroïdisant est une cémentite sphérique fine et uniforme répartie sur la matrice de ferrite. La température de chauffage du recuit de sphéroïdisation est légèrement supérieure à Ac1. Le recuit de sphéroïdisation nécessite un temps de maintien plus long pour assurer la sphéroïdisation spontanée de la cémentite secondaire. Après conservation de la chaleur, il est refroidi avec le four.

4. Recuit de diffusion

Afin de réduire l'inhomogénéité de la composition chimique et de la structure des lingots d'acier, des pièces moulées ou des billettes de forge, chauffez-les à une température légèrement inférieure à la ligne de solidus (100℃～200℃ en dessous de la ligne de solidus) et conservez-les longtemps (10h～15h), Et un processus de traitement thermique à refroidissement lent est appelé recuit de diffusion ou recuit d'homogénéisation.
Les grains de l'acier après recuit de diffusion sont très grossiers, il est donc généralement soumis à un recuit complet ou à un traitement de normalisation.

5. Recuit anti-stress

Le recuit à basse température pour éliminer les contraintes internes résiduelles dans la pièce causées par les traitements à chaud et à froid tels que le moulage, le forgeage, le soudage, l'usinage et la déformation à froid est appelé recuit de détente. Le recuit de détente consiste à chauffer l'acier à une température inférieure à Ac1 (généralement 500℃～650℃), puis à le refroidir avec le four après l'avoir maintenu. Ce traitement peut éliminer environ 50 % à 80 % de la contrainte interne sans provoquer de variété de structure.

Normalisation (normalisation)

Les pièces en acier ou en acier sont chauffées à 30℃～50℃ au-dessus de Ac3 (pour l'acier hypoeutectoïde) et Accm (pour l'acier hypereutectoïde). Après un temps de maintien approprié, le traitement thermique d'un refroidissement uniforme dans de l'air libre est appelé normalisation. Structure après normalisation : l'acier hypoeutectoïde est F+S, l'acier eutectoïde est S et l'acier hypereutectoïde est S+Fe3CII.

Le but de la normalisation est de normaliser la structure de l'acier, également connu sous le nom de traitement de normalisation, qui est généralement utilisé dans les aspects suivants :

• 1. En tant que traitement thermique final, la normalisation peut affiner les grains, homogénéiser la structure, réduire la teneur en ferrite dans l'acier hypoeutectoïde, augmenter et affiner la teneur en perlite, améliorant ainsi la résistance, la dureté et la ténacité de l'acier.
• 2. En tant qu'acier de construction allié préchauffé avec une grande section transversale, il est souvent normalisé avant la trempe ou la trempe et le revenu (trempe et revenu à haute température) pour éliminer la structure de Widmanstatten et la structure de bande et obtenir une structure fine et uniforme. Pour l'acier hypereutectoïde, la quantité de cémentite secondaire peut être réduite et elle ne formera pas un réseau continu pour préparer la structure au recuit de sphéroïdisation.
• 3. Améliorer les performances de coupe

Trempe

Chauffer l'acier au-dessus de la température de transition de phase (l'acier hypoeutectoïde est à 30℃～50℃ au-dessus de Ac3 ; l'acier eutectoïde et l'acier hypereutectoïde sont à 30℃～50℃ au-dessus de Ac1), conserver pendant un certain temps puis refroidir rapidement pour obtenir la martensite processus de traitement de la structure du corps est appelé trempe.

Plage de température de trempe de l'acier

Les fluides de refroidissement couramment utilisés sont l'eau et l'huile. Afin de réduire la déformation des pièces lors de la trempe, un bain de sel peut être utilisé comme milieu.

Les méthodes de trempe couramment utilisées comprennent la trempe à un seul milieu, la trempe à double milieu, la trempe graduée et la trempe austérité.

1. Trempabilité de l'acier

La capacité de l'acier à former de la martensite lorsqu'il est trempé est appelée la trempabilité de l'acier.

La trempabilité de l'acier peut être déterminée par la méthode de trempe finale.

Facteurs affectant la trempabilité :

• ①L'acier eutectoïde à teneur en carbone a le taux de refroidissement critique le plus faible et la meilleure trempabilité ; à mesure que la teneur en carbone diminue, la vitesse de refroidissement critique augmente et la trempabilité diminue ; l'acier hypereutectoïde augmente avec la teneur en carbone, la vitesse de refroidissement critique augmente et la trempabilité diminue.
• Éléments d'alliage à l'exception du cobalt, une fois les autres éléments d'alliage dissous dans l'austénite, la vitesse de refroidissement critique est réduite, la courbe C se déplace vers la droite et la trempabilité de l'acier est améliorée. Par conséquent, la trempabilité de l'acier allié est souvent meilleure que celle de l'acier au carbone.
• ③La température d'austénitisation augmente la température d'austénitisation, ce qui fera croître les grains d'austénite et aura une composition uniforme, ce qui peut réduire le taux de nucléation de la perlite, réduire le taux de refroidissement critique de l'acier et augmenter sa trempabilité.
• ④ Deuxième phase non dissoute en acier. Les carbures, nitrures et autres inclusions non métalliques dans l'acier qui ne sont pas dissous dans l'austénite peuvent devenir le noyau non spontané de la décomposition de l'austénite, augmentant la vitesse de refroidissement critique et réduisant la trempe. Perméabilité.

Une fois l'acier trempé et revenu, toute la section de la barre d'acier avec une bonne trempabilité est une sorbite trempée, avec des propriétés mécaniques uniformes, une résistance élevée et une bonne ténacité, tandis que le noyau en acier à faible trempabilité est une sorbite feuilletée + un corps d'élément en fer, uniquement la couche de surface est de la sorbite trempée et le noyau a une résistance et une ténacité médiocres.
(a) Complètement durci; (b) durci à une plus grande épaisseur; (c) durci à une plus petite épaisseur
Comparaison des propriétés mécaniques des aciers avec différentes trempabilités après trempe et revenu

2. Trempabilité de l'acier

La dureté la plus élevée pouvant être atteinte après la trempe est appelée la trempabilité de l'acier, qui est principalement déterminée par la teneur en carbone de M.
Quatre. 

Une fois l'acier trempé, afin d'éliminer la contrainte interne et d'obtenir la structure et les performances requises, le processus de traitement thermique consistant à le chauffer à une température inférieure à Ac1, à le maintenir pendant un certain temps, puis à le refroidir à température ambiante. s'appelle la trempe.

Trempe à basse température

La température de revenu est de 150℃～250℃. Pendant le revenu à basse température, des flocons de carbure (Fe2.4C) sont précipités de la martensite trempée et la sursaturation de la martensite est réduite. Une partie de l'austénite retenue se transforme en bainite inférieure, mais pas beaucoup. Par conséquent, la structure après revenu à basse température est de la martensite trempée + austénite retenue. La bainite inférieure peut être ignorée.
Le but de la trempe à basse température est de réduire la contrainte de trempe, d'améliorer la ténacité de la pièce et de garantir une dureté élevée (généralement 58HRC～64HRC) et une résistance à l'usure élevée après la trempe.

Trempe

La température de revenu est de 350 °C à 500 °C, et une structure mixte de matrice de ferrite et d'une grande quantité de cémentite à grains fins dispersés est obtenue, appelée troostite trempée (tempered T). La ferrite conserve toujours la forme de martensite et la cémentite est plus grossière que les carbures dans la martensite trempée.
La troostite trempée a une limite élastique et une limite d'élasticité élevées, mais a également un certain degré de ténacité, la dureté est généralement de 35HRC ~ 45HRC.

Revenu à haute température

La température de revenu est de 500℃～650℃ et la structure mixte de la matrice granulaire de cémentite et de ferrite est obtenue, appelée sorbite trempée.

Sorbite trempé

Le sorbite trempé (trempé S) a les meilleures propriétés mécaniques complètes, c'est-à-dire que la résistance, la plasticité et la ténacité sont meilleures, et la dureté est généralement de 25HRC～35HRC. La trempe et le revenu à haute température sont généralement appelés traitement de trempe et de revenu.

La fragilité de revenu se produit lorsque l'acier est revenu, c'est-à-dire qu'après revenu dans les deux plages de température de 250℃～400℃ et 450℃～650℃, la ténacité de l'acier diminuera considérablement.
Modifications des performances de l'acier lors de la trempe :

La dureté de l'acier change avec la température de revenu La relation entre les propriétés mécaniques de l'acier et la température de revenu

La relation entre la teneur en carbone martensitique, la teneur en austénite retenue, la contrainte interne, la taille des particules de carbure et la température de revenu dans l'acier trempé.

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