Trempe superficielle

Définition

Le traitement consiste à porter rapidement la zone superficielle de la pièce à la température d'austénitisation, et à la soumettre ensuite à un refroidissement énergique, pour obtenir la transformation martensitique de la partie austénite. Il n'y pas de matériau d'apport : la structure métallurgique superficielle du substrat est modifiée soitB par des moyens thermiques (chauffage superficiel) soit par des moyens mécaniques. La trempe superficielle est un traitement thermique qui ne modifie pas la composition chimique de la couche de surface, comme c'est le cas par exemple pour la nitruration (profondeur de trempe par nitruration) ou encore pour la cémentation (profondeur de trempe par cémentation).

Profondeur de trempe / Déterminer la profondeur de trempe

La détermination de la profondeur de trempe (DS) selon les duretés de surface est définie dans la norme DINEN 10328. La profondeur de trempe (profondeur de durcissement de la surface RHT) est la distance entre la surface de l'éprouvette et le point de couche sur lequel la dureté Vickers atteint la limite de 0,8 fois la valeur minimale de la dureté en surface, voir le graphique. La surface de l'éprouvette sur laquelle la mesure est réalisée doit être finement usinée.

Les empreintes de dureté sont disposées sur une ou plusieurs lignes perpendiculaires à la surface de

l'éprouvette, d'une largeur définie par la norme. La force d'essais à appliquer est de 9,807 N (HV). À partir de cette courbe, qui représente la dureté en fonction de la distance par rapport à la surface, on obtient la profondeur de trempe en mesurant la distance de la surface à la limite de dureté calculée.

Durcissement par trempe

On chauffe superficiellement la peau du substrat par un moyen à haute énergie :

– Flamme.

– Induction électromagnétique

– Faisceau laser.

– Faisceau d'électron.

– Torche plasma.

et on refroidit rapidement. Sur les alliages ferreux le chauffage superficiel doit provoquer la transformation allotropique et le refroidissement la transformation martensitique. Les profondeurs concernées vont du 1 /10ème mm à plusieurs mm.

Cycle thermique de trempe superficielle de l'acier

Les alliages fer-carbone (aciers, à l'exclusion des alliages dits austénitiques) ont la remarquable aptitude de durcir après un traitement comprenant un chauffage au dessus d'une température critique (comprise entre 750 et 1200°C, variable selon la composition) appelé austénitisation (opérant une transformation de la structure cristalline du fer de la forme α à la forme γ ) suivi d'un refroidissement rapide o*u trempe à une vitesse supérieure à une vitesse critique dite vitesse critique de trempe martensitique,

. La structure obtenue après trempe est une martensite constituée

- Le temps d'interaction τ : c'est le temps duquel un élément de surface atteint les transformations structurelles.

- Le gradient thermique : le principe ne solution solide de fer α modifiée par sursaturation du carbone.

structure d'austénite, martensite, ferrite

Ce type de traitement peut être caractérise par six paramètres principaux:

- L'intensité énergétique des faisceaux : il a une influence sur le profil de température ainsi que sur la

profondeur de pénétration. même du traitement veut que la température maximale atteinte soit ou voisinage de la température de fusion (traitement en phase solide), ceci limite le temps d'interaction.

-Vitesse d'échauffement Vc.

-Vitesse de refroidissement Vr.

-La surface irradiée.

TREMPE

Avantages de la Trempe Superficielle

Durcissement Sélectif : Permet de durcir uniquement les zones nécessitant une résistance à l'usure, en laissant le noyau et les autres zones plus ductiles.

Flexibilité : Adaptable à une variété de formes et de tailles de pièces.

Économique : Moins coûteux que certains autres procédés de durcissement de surface tels que la

cémentation ou la nitruration.

Rapidité : Le processus est rapide, ce qui permet de traiter les pièces en moins de temps par rapport à

d'autres méthodes.

Applications de la Trempe

Engrenages : Durcissement des dents des engrenages pour une meilleure résistance à l'usure.

Arbres et Essieux : Amélioration de la durabilité des surfaces de contact.

Composants Aérospatiaux : Durcissement des pièces critiques sans affecter les propriétés de l'ensemble de la pièce.

Outils de Coupe : Renforcement des arêtes pour une meilleure performance de coupe et une durée de vie prolongée.

Moules et Matrices : Augmentation de la résistance à l'usure des surfaces fonctionnelles.

La trempe à la flamme

Étapes de la Trempe Superficielle par Flamme

Préparation :

Nettoyage : Les pièces à traiter doivent être nettoyées pour enlever toute trace de contaminants comme l'huile, la graisse, et les oxydes de surface.

Fixation : Les pièces peuvent être fixées ou maintenues en place pour assurer une chauffe uniforme

Chauffage :

Source de Chaleur : Utilisation d'une flamme oxy-combustible (souvent un mélange de gaz acétylène et d'oxygène) pour chauffer rapidement la surface du métal.

Température : La surface est chauffée à une température supérieure à la température critique de l'acier (typiquement entre 850°C et 950°C).

Uniformité : Il est crucial de maintenir un mouvement constant de la flamme pour obtenir un chauffage uniforme.

Trempe :

Refroidissement Rapide : Immédiatement après le chauffage, la surface est rapidement refroidie par un jet d'eau, d'huile ou d'air.

Formation de Martensite : Ce refroidissement rapide transforme l'austénite en martensite, une structure cristalline dure.

Post-Traitement (Facultatif) :

Revenu : Un revenu peut être appliqué pour soulager les contraintes internes et améliorer la ténacité sans trop réduire la dureté de la surface.

Inspection : Vérification de la dureté et de l'intégrité de la surface durcie

Traitements thermiques superficiels par induction

Définition

Le procède´ de chauffage par induction s'effectue essentiellement a` l'aide de générateurs a` haute (supérieur a` 100 kHz) ou moyenne fréquence (supérieure a` 10 kHz). Il permet de développer dans la couche superficielle des pièces a` traiter des densités de puissance maximales de l'ordre de 1 000 W/cm2, a` comparer aux 25 W /cm2 d'un chauffage par rayonnement classique. Il en résulte des vitesses de montée en tempe´ rature relativement rapides et la possibilité´ d'évolutions structurales localisées

trempe par induction
Étapes du Traitement Thermique par Induction

Préparation :

Nettoyage : Les pièces doivent être nettoyées pour enlever toute contamination de surface.

Positionnement : Les pièces sont positionnées de manière à assurer un chauffage uniforme.

Chauffage par Induction :

Bobine d'Induction : Une bobine, souvent en forme de solénoïde, est placée autour ou à proximité de la zone à traiter.

Courant Alternatif : Un courant alternatif passe à travers la bobine, générant un champ électromagnétique oscillant.

Courants de Foucault : Ce champ induit des courants de Foucault dans la surface du métal, produisant de la chaleur par résistance électrique.

Température : La surface est chauffée à une température spécifique au-dessus de la température critique de l'acier (généralement entre 800°C et 1000°C).

Trempe :

Refroidissement Rapide : Immédiatement après le chauffage, la surface est refroidie rapidement par un jet d'eau, d'huile, ou d'air.

Formation de Martensite : Ce refroidissement transforme l'austénite formée pendant le chauffage en martensite, augmentant ainsi la dureté de la surface.

Remarque

-Un revenu peut être effectué pour réduire les contraintes internes et augmenter la ténacité sans trop diminuer la dureté de la surface.

-Contrôle de la dureté, de la profondeur de la couche durcie et de l'intégrité de la surface.

Traitements par faisceau laser,
Définition

La trempe par laser est une méthode de traitement thermique de surface utilisant un faisceau laser pour durcir les couches superficielles des matériaux métalliques. Ce procédé permet un contrôle précis de la zone de traitement, offrant des avantages en termes de précision et d'efficacité énergétique. Procédé de traitement thermique de surface où un faisceau laser est utilisé pour chauffer rapidement la surface[2] d'un métal à une température au-dessus de sa température critique, suivi d'un refroidissement rapide pour obtenir une couche superficielle durcie.

traitement par laser
Étapes de la Trempe par Laser

1-Préparation :

Nettoyage : Les pièces doivent être soigneusement nettoyées pour éliminer les contaminants de surface comme les huiles, les graisses, et les oxydes.

Positionnement : Les pièces sont positionnées de manière à assurer un balayage uniforme par le faisceau laser.

2-Chauffage par Laser :

Source Laser : Utilisation d'un laser haute puissance, tel qu'un laser à diode, à fibre ou CO2.

Balayage du Faisceau : Le faisceau laser balaie la surface de la pièce, chauffant rapidement la zone cible.

Température : La surface est chauffée à une température au-dessus de la température critique de l'acier (typiquement entre 850°C et 1000°C), sans fondre le matériau de base.

2-Trempe :

Refroidissement Autocontrôlé : La surface chauffée est refroidie rapidement par conduction thermique dans le matériau non chauffé (sans besoin de média de trempe externe).

Formation de Martensite : Le refroidissement rapide transforme l'austénite en martensite, créant une couche durcie.