Trempabilité et trempabilité de l'acier
- Trempabilité
La trempabilité fait référence à la propriété inhérente d'une nuance d'acier à obtenir la profondeur de la couche trempée (couche de martensite) lors de la trempe dans des conditions spécifiées.
Le fait qu'une pièce en acier puisse être entièrement trempée est lié à la vitesse de refroidissement critique (vk) de l'acier pendant la trempe.
Indicateur de mesure: Exprimé par la profondeur de couche trempée effective réalisable lorsqu'une éprouvette standard est trempée dans certaines conditions.
Profondeur de la couche trempée: Fait référence à la distance entre la surface d'une pièce en acier et l'emplacement où la structure martensitique représente 50 % en interne. Plus la profondeur de la couche trempée est grande, plus la trempabilité est élevée ; lorsque la profondeur de la couche trempée atteint le cœur, la pièce est entièrement trempée.
2. Influence de la trempabilité sur les propriétés mécaniques de l'acier
La trempabilité a un impact significatif sur les propriétés mécaniques de l'acier. Si une pièce est entièrement trempée, ses propriétés de surface sont uniformes et cohérentes, ce qui permet d'exploiter pleinement le potentiel des propriétés mécaniques de l'acier. Si elle n'est pas entièrement trempée, il y aura des différences dans les propriétés de surface ; en particulier après une trempe à haute température, la ténacité du cœur sera inférieure à celle de la couche de surface.
Dans les mêmes conditions d'austénitisation, la trempabilité du même type d'acier est identique.
Pour la profondeur de la couche trempée : trempe à l'eau > trempe à l'huile ; petites pièces > grandes pièces.
3. Facteurs affectant la trempabilité
La trempabilité est une propriété inhérente de l'acier, indépendante des conditions externes de l'acier (telles que la forme, la taille, la surface et le milieu de refroidissement), mais étroitement liée à sa vitesse de refroidissement critique. Plus la vitesse de refroidissement critique est faible, plus la trempabilité de l'acier est élevée.
Tous les facteurs qui affectent la vitesse de refroidissement critique (ou la position de la courbe C) — tels que la composition chimique, la température de trempe et le temps de maintien — influenceront la trempabilité.
1）Composition chimique
- Teneur en carbone : Parmi les aciers hypo-eutectoïdes, les aciers eutectoïdes et les aciers hyper-eutectoïdes, l'acier eutectoïde a la vitesse de refroidissement critique la plus faible et la trempabilité la plus élevée parmi les aciers au carbone. La trempabilité de l'acier hypo-eutectoïde augmente avec l'augmentation de la teneur en carbone. Dans la plage de température de chauffage de trempe normale, la trempabilité de l'acier hyper-eutectoïde diminue à mesure que la teneur en carbone augmente.
- Éléments d'alliage : Tous les éléments d'alliage, à l'exception du cobalt, déplacent la courbe C vers la droite, réduisent la vitesse de refroidissement critique et améliorent la trempabilité.
2）Température de trempe et temps de maintien
L'augmentation de la température de chauffage et l'extension du temps de maintien peuvent améliorer de manière appropriée la trempabilité de l'acier. Cependant, cette méthode provoquera un grossissement du grain, elle n'est donc généralement pas adoptée.
4. Détermination de la trempabilité : Essai de trempe à l'extrémité (Essai de trempe à l'extrémité Jominy)
5. Applications de la trempabilité
1）Estimation de la profondeur de la couche trempée
Lors de la conception des pièces, la courbe de trempabilité connue peut être utilisée pour estimer la profondeur de la couche trempée effective de la pièce.
2）Sélection des matériaux en fonction de la profondeur de la couche trempée
La profondeur de la couche trempée effective a un impact significatif sur les propriétés mécaniques de la pièce.
Lorsque la pièce est entièrement trempée, une structure uniformément répartie peut être obtenue sur toute la section transversale après la trempe, et ses propriétés mécaniques sont également cohérentes.
Lorsqu'elle n'est pas entièrement trempée, les propriétés mécaniques du cœur de la pièce sont inférieures à celles de la couche trempée en surface.
Lorsque la contrainte de la pièce est uniformément répartie sur la section transversale et que les propriétés mécaniques sur la section transversale sont cohérentes, il faut choisir un acier à trempabilité élevée.
Pour les pièces soumises à des charges de flexion ou de torsion (telles que les arbres), la contrainte de surface est la plus élevée tandis que la contrainte du cœur est très faible, il faut donc choisir un acier à faible trempabilité.
Dans les mêmes conditions d'austénitisation, la trempabilité du même type d'acier est identique.
*Dureté après trempe (Trempabilité pour une dureté maximale)
Dans des conditions de trempe normales, elle fait référence à la dureté maximale réalisable en obtenant une structure martensitique. Son principal facteur d'influence dépend de la teneur en carbone dans la martensite et n'a que peu de rapport avec les éléments d'alliage. Plus la teneur en carbone est élevée, plus la dureté après trempe est élevée.
Par exemple, l'acier allié à faible teneur en carbone a une très bonne trempabilité mais une faible dureté après trempe. Un autre exemple est l'acier à outils à haute teneur en carbone, qui a une faible trempabilité mais une dureté élevée après trempe.
Typiquement, l'acier allié à teneur moyenne en carbone 40Cr et l'acier au carbone 45 sont utilisés pour la comparaison. Le premier contient l'élément d'alliage chrome, sa trempabilité est donc supérieure à celle du second ; cependant, sa teneur en carbone est inférieure à celle du second, ce qui entraîne une dureté légèrement inférieure après trempe.
Remarque : L'acier à trempabilité élevée n'a pas nécessairement une dureté élevée après trempe, et vice versa.
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