Acier au carbone

le traitement thermique de l’acier au carbone a pour but de modifier les propriétés mécaniques de l’acier, généralement la ductilité, la dureté, la limite d’élasticité ou la résistance aux chocs. Notez que la conductivité électrique et thermique ne sont que légèrement altérées. Comme avec la plupart des techniques de renforcement pour l’acier, le module de Young (élasticité) n’est pas affecté., Tous les traitements de l’acier commerce ductilité pour une résistance accrue et vice versa. Le fer a une solubilité plus élevée pour le carbone dans la phase austénite; par conséquent, tous les traitements thermiques, à l’exception de la sphéroïdisation et du recuit de processus, commencent par chauffer l’acier à une température à laquelle la phase austénitique peut exister. L’acier est ensuite trempé (chaleur étirée) à un taux modéré à faible permettant au carbone de diffuser hors de l’austénite formant du carbure de fer (cémentite) et laissant de la ferrite, ou à un taux élevé, piégeant le carbone dans le fer formant ainsi de la martensite., La vitesse à laquelle l’acier est refroidi à travers la température eutectoïde (environ 727 °c) affecte la vitesse à laquelle le carbone diffuse hors de l’austénite et forme de la cémentite. D’une manière générale, le refroidissement rapide laissera le carbure de fer finement dispersé et produira une perlite à grain fin et le refroidissement lent donnera une perlite plus grossière. Le refroidissement d’un acier hypoeutectoïde (moins de 0,77% en poids C) donne une structure lamellaire-perlitique de couches de carbure de fer Avec α-ferrite (fer presque pur) entre. S’il s’agit d’acier hypereutectoïde (plus de 0.,77% en poids C) ensuite, la structure est pleine de perlite avec de petits grains (plus grands que la lamelle de perlite) de cémentite formés sur les limites des grains. Un acier eutectoïde (0,77% de carbone) aura une structure perlite dans tous les grains sans cémentite aux limites. Les quantités relatives de constituants sont trouvées à l’aide de la règle de levier. Voici une liste des types de traitements thermiques possibles:

sphéroïdisation la Sphéroïdite se forme lorsque l’acier au carbone est chauffé à environ 700 °C pendant plus de 30 heures., La sphéroïdite peut se former à des températures plus basses, mais le temps nécessaire augmente considérablement, car il s’agit d’un processus contrôlé par diffusion. Le résultat est une structure de tiges ou de sphères de cémentite dans la structure primaire (ferrite ou perlite, selon le côté de l’eutectoïde sur lequel vous vous trouvez). Le but est d’adoucir les aciers au carbone plus élevés et de permettre plus de formabilité. C’est la forme d’acier la plus douce et la plus ductile. L’acier au carbone de recuit complet est chauffé à environ 40 °C au dessus de Ac3? ou Acm?, pendant 1 heure; cela garantit que toute la ferrite se transforme en austénite (bien que la cémentite puisse encore exister si la teneur en carbone est supérieure à l’eutectoïde). L’acier doit ensuite être refroidi lentement, dans le domaine de 20 °C (36 °F) par heure. C’est habituellement four refroidi, où le four est éteint avec de l’acier encore à l’intérieur. Il en résulte une structure perlitique grossière, ce qui signifie que les « bandes » de perlite sont épaisses. L’acier entièrement recuit est doux et ductile, sans contraintes internes, ce qui est souvent nécessaire pour un formage rentable. Seul l’acier sphéroïdisé est plus doux et plus ductile., Recuit de processus un processus utilisé pour soulager la contrainte dans un acier au carbone travaillé à froid avec moins de 0,3% C. l’acier est habituellement chauffé à 550-650 °C pendant 1 heure, mais parfois des températures aussi élevées que 700 °C. l’image vers la droite montre la zone où le recuit de processus se produit. Recuit isotherme c’est un processus dans lequel l’acier hypoeutectoïde est chauffé au-dessus de la température critique supérieure. Cette température est maintenue pendant un certain temps, puis réduite en dessous de la température critique la plus basse et est à nouveau maintenue. Il est ensuite refroidi à température ambiante. Cette méthode élimine tout gradient de température., L’acier au carbone normalisant est chauffé à environ 55 °C au-dessus de L’Ac3 ou de L’Acm pendant 1 heure; cela garantit que l’acier se transforme complètement en austénite. L’acier est ensuite refroidi par air, ce qui correspond à une vitesse de refroidissement d’environ 38 °C (100 °F) par minute. Il en résulte une structure perlitique fine et une structure plus uniforme. L’acier normalisé a une résistance plus élevée que l’acier recuit; il a une résistance et une dureté relativement élevées. L’acier au carbone de trempe avec au moins 0,4% en poids C est chauffé à des températures de normalisation, puis rapidement refroidi (trempé) dans de l’eau, de la saumure ou de l’huile à la température critique., La température critique dépend de la teneur en carbone, mais en règle générale, elle est plus faible à mesure que la teneur en carbone augmente. Il en résulte une structure martensitique; une forme d’acier qui possède une teneur en carbone super saturé dans une structure cristalline cubique centrée sur le corps déformée (BCC), correctement appelée tétragonale centrée sur le corps (BCT), avec beaucoup de contraintes internes. Ainsi, l’acier trempé est extrêmement dur mais fragile, généralement trop fragile pour des raisons pratiques. Ces contraintes internes peuvent provoquer des fissures de contrainte sur la surface., L’acier trempé est environ trois fois plus dur (quatre avec plus de carbone) que l’acier normalisé. Martempering (marquenching) Martempering N’est pas en fait une procédure de trempe, d’où le terme marquenching. C’est une forme de traitement thermique isotherme appliqué après une trempe initiale, généralement dans un bain de sel fondu, à une température juste au-dessus de la « température de départ de la martensite ». À cette température, les contraintes résiduelles dans le matériau sont soulagées et une partie de la bainite peut être formée à partir de l’austénite retenue qui n’a pas eu le temps de se transformer en autre chose., Dans l’industrie, il s’agit d’un processus utilisé pour contrôler la ductilité et la dureté d’un matériau. Avec une marqueterie plus longue, la ductilité augmente avec une perte minimale de résistance; l’acier est maintenu dans cette solution jusqu’à ce que les températures intérieure et extérieure de la pièce s’égalisent. Puis l’acier est refroidi à une vitesse modérée pour maintenir le gradient de température minimale. Non seulement ce processus réduit les contraintes internes et les fissures de contrainte, mais il augmente également la résistance aux chocs., Trempe il s’agit du traitement thermique le plus courant, car les propriétés finales peuvent être déterminées avec précision par la température et le temps de trempe. Le revenu consiste à réchauffer l’acier trempé à une température inférieure à la température eutectoïde, puis à le refroidir. La température élevée permet la formation de très petites quantités de sphéroïdite, ce qui restaure la ductilité, mais réduit la dureté. Les températures et les heures réelles sont soigneusement choisies pour chaque composition., Austempering le processus austempering est le même que martempering, sauf que la trempe est interrompue et l’acier est maintenu dans le bain de sel fondu à des températures comprises entre 205 °C et 540 °C, puis refroidi à un taux modéré. L’acier résultant, appelé bainite, produit une microstructure aciculaire dans l’acier qui a une grande résistance (mais moins que la martensite), une plus grande ductilité, une résistance aux chocs plus élevée et moins de distorsion que l’acier martensite. L’inconvénient de austempering est qu’il ne peut être utilisé que sur quelques aciers, et il nécessite un bain de sel spécial.