Les Échelle de dureté Rockwell est une mesure de la résistance d'un matériau à la pénétration ou à la déformation permanente lorsqu'il est soumis à la force d'un autre matériau. Pénétrations comprennent des ruptures de surface, telles que des coups de poing ou des rayures. Déformations permanentes comprennent des bosses, des déformations ou des fractures par compression.
Lors de l'usinage d'un outil métallique, tel qu'une matrice ou un outil de coupe, le matériau brut doit être suffisamment malléable pour être coupé ou façonné dans sa forme fonctionnelle finale. Les meilleurs matériaux à ce stade du processus ont une dureté Rockwell inférieure à celle des outils de coupe et de façonnage utilisés pour les former.
Une fois qu'une pièce a atteint sa forme finale, elle doit être suffisamment dure pour conserver cette forme pendant toute la durée de son utilisation. Par exemple, les surfaces des pistons de moteur doivent être suffisamment dures pour résister à des milliards de petites explosions et à la friction du mouvement à l'intérieur des cylindres du moteur pendant toute leur durée de vie. Ces matériaux doivent avoir une cote élevée sur l'échelle de dureté Rockwell.
Trempe, Le traitement thermique est l'étape cruciale qui fait passer les matériaux métalliques de la malléabilité et de l'usinabilité à la durabilité et à la résistance à la pénétration et à la déformation.
La trempe par traitement thermique consiste à appliquer à une pièce métallique une chaleur suffisante pour en transformer la structure interne. structure du réseau cristallin (voir encadré), ce qui le rend plus résistant à la pénétration et à la déformation. Le processus aboutit à une structure interne du réseau cristallin qui présente des plans de cisaillement.2
Plans de cisaillement, occasionnellement également connu sous le nom de splans labiaux, Les plans de cisaillement sont des zones d'un matériau solide où des groupes d'atomes ou de molécules peuvent facilement glisser les uns sur les autres. Ces plans de cisaillement représentent des faiblesses, là où les déformations ou les pénétrations sont les plus susceptibles de se produire.
La structure cristalline des métaux
Tous les éléments métalliques connus, à l'exception du mercure, sont solides et cristallins à température ambiante. Les métaux et leurs alliages ont une forte tendance à se cristalliser, les atomes étant disposés de manière ordonnée et répétitive plutôt que de manière aléatoire.
La structure cristalline de la plupart des métaux à température ambiante est de l'un des trois types suivants : cubique centré sur le corps (BCC), cubique centré sur la face (FCC) ou hexagonal serré (HCP).1
Ces structures cristallines influencent la facilité avec laquelle les atomes peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres, ce qui affecte la résistance, la ductilité et le comportement de déformation du métal lorsqu'une force est appliquée.
Quelle est la différence entre la cémentation et la trempe ?
Il existe deux méthodes de trempe que les traiteurs thermiques utilisent fréquemment pour augmenter la dureté des métaux. cémentation et sous trempe durcissement.
Cémentation
La cémentation est la diffusion d'un ou plusieurs éléments à haute température dans un métal. Ces éléments perturbent l'uniformité d'un réseau cristallin, ce qui peut modifier la forme d'une ligne ou d'un plan plat dans un matériau uniforme en quelque chose de plus irrégulier.3
Ces procédés sont utilisés le plus souvent avec des métaux ferriques tels que l'acier. La cémentation, la nitruration et la carbonitruration sont les versions les plus courantes de la cémentation.
La plupart du temps, la cémentation a lieu dans fours à atmosphère, comme un Ipsen Atlas four. Les pièces entrent dans le four et sont chauffées à une température où le gaz de traitement peut diffuser des éléments tels que le carbone, l'azote, ou les deux, dans le métal de surface des pièces. Pour ce faire, des gaz de traitement tels que l'acétylène, l'ammoniac, le dioxyde de carbone ou le monoxyde de carbone sont introduits dans le système. Parfois, de l'hydrogène est introduit pour éliminer les oxydes de surface afin d'obtenir une liaison plus efficace.
Dans certains cas, la cémentation nécessite l'utilisation d'un four à vide. Parmi les exemples, on peut citer les pièces qui exigent une grande propreté, une dureté de cémentation uniforme ou des géométries complexes. L'une de ces méthodes de cémentation dans un four sous vide est la suivante Ipsen Avac® la cémentation à basse pression.
Trempe durcissement
Le durcissement par trempe n'est pas obtenu en ajoutant de la matière à un métal, mais en augmentant la température du métal jusqu'à ce que la structure du réseau cristallin atteigne l'état d'austénite, puis en trempant rapidement le matériau jusqu'à ce qu'il s'installe dans un état cristallin de martensite. Ce processus de trempe doit être suffisamment rapide pour éviter la formation d'autres structures cristallines, telles que la ferrite, la perlite et la bainite.4
La trempe peut être réalisée à la fois dans des fours sous vide et dans des fours à atmosphère, bien que seuls les alliages à forte teneur en éléments d'alliage puissent être trempés sous vide.
La trempe peut être effectuée à l'aide d'une solution de trempe liquide, telle que de l'huile, du sel ou de l'eau, ou à l'aide d'un gaz non réactif circulant à haute pression, tel que l'argon ou l'azote. Bien que certains fours à vide, tels que le Ipsen LOG Fourneau5, La plupart des fours à vide n'utilisent que du gaz sous pression pour la trempe.
Fours sous vide à trempe gazeuse sont généralement classés en fonction de leur capacité de pression. La plupart des fours Ipsen peuvent fournir une pression de trempe de 2 à 20 bars. À titre indicatif, tripler la pression peut réduire de moitié le temps de trempe ; le gaz a plus de molécules pour absorber la chaleur des pièces et de la chambre. Toutefois, à un certain moment, la trempe au gaz à haute pression ne peut pas atteindre la vitesse d'une trempe au liquide de manière aussi efficace, c'est pourquoi les pressions de trempe au gaz dépassent rarement 20 bars.
La dureté n'est pas la ténacité : Pourquoi le revenu est-il si important ?
Maximiser la dureté d'un matériau n'est pas toujours la meilleure solution pour une longue durée de vie. Les métaux trop durs, en particulier ceux dont la section transversale est fine, peuvent devenir cassants.
C'est pourquoi de nombreux processus de trempe nécessitent un traitement secondaire. trempe processus. Le revenu permet de chauffer les pièces à des températures sous-critiques, puis d'appliquer un processus de trempe plus lent. Ce processus réduit légèrement la dureté tout en libérant les contraintes et les fissures microscopiques qui peuvent se former lors d'une trempe rapide ou d'un processus de durcissement.
Le revenu réduit la fragilité et augmente la ténacité de la pièce, permettant juste assez de flexibilité dans le réseau cristallin pour que la pièce reprenne sa forme après l'application d'une compression ou d'une force de perforation.
Les cycles de trempe étant généralement plus longs que les cycles de durcissement, les traiteurs thermiques exécutent souvent les recettes de trempe dans des fours distincts afin de maximiser le rendement global de la production.
Pour en savoir plus sur la métallurgie qui sous-tend la trempe et le traitement thermique, participez à une prochaine conférence sur la trempe et le traitement thermique. Ipsen U classe.
Si vous recherchez un four pour vos besoins de trempe, contactez-nous. sales@ipsenusa.com.