Le revenu est un traitement thermique dans lequel une pièce trempée est réchauffée à une température appropriée en dessous de la température critique Ac₁, maintenue à cette température pendant une certaine période, puis refroidie à une vitesse spécifique pour améliorer la ténacité du matériau. C'est un processus essentiel qui détermine la microstructure et les propriétés de l'acier dans son état de service.
Bien que l'acier trempé (par exemple, l'acier avec une structure martensitique) présente une dureté et une résistance à l'usure extrêmement élevées, il présente deux problèmes majeurs : premièrement, une grande quantité de contraintes internes résiduelles de trempe subsistent à l'intérieur, ce qui provoque facilement la fissuration ou la déformation de la pièce en acier ; deuxièmement, il a une ténacité extrêmement faible et une grande fragilité, ce qui le rend incapable de résister aux chocs ou aux charges complexes. En ajustant la température de chauffage et le temps de maintien, le revenu résout spécifiquement ces problèmes, avec les objectifs spécifiques suivants :
- Éliminer les contraintes internes: Le chauffage fournit aux atomes d'acier un certain degré de mobilité, soulageant les contraintes internes générées par la transformation microstructurale rapide pendant la trempe (par exemple, le refroidissement rapide de l'austénite en martensite) et réduisant le risque de fissuration lors du traitement ou du service ultérieur de la pièce en acier.
- Ajuster les propriétés mécaniques: "Personnaliser" les propriétés de l'acier en fonction des exigences. Pour les applications nécessitant une dureté élevée (par exemple, les outils de coupe, les matrices), un revenu à basse température peut être sélectionné pour conserver la majeure partie de la dureté trempée ; pour les applications nécessitant une ténacité élevée (par exemple, les arbres, les engrenages), un revenu à haute température peut être utilisé pour améliorer considérablement la ténacité tout en réduisant une certaine dureté.
- Stabiliser la microstructure et les dimensions: Transformer la microstructure trempée instable (par exemple, la martensite, l'austénite résiduelle) en une microstructure plus stable (par exemple, la martensite revenue, la sorbite), empêchant les fluctuations dimensionnelles causées par les changements microstructuraux continus pendant le service à long terme et assurant la précision.
- Améliorer l'usinabilité: Réduire la dureté de l'acier trempé pour faciliter le traitement mécanique ultérieur tel que la coupe et le meulage (par exemple, l'acier à outils devient plus facile à meuler après le revenu).
- Les pièces en acier ne peuvent pas être utilisées directement après la trempe et doivent être revenues rapidement.
- Ajuster la dureté, la résistance, la plasticité et la ténacité de la pièce pour répondre aux exigences de performance en service. L'acier trempé a généralement une dureté et une fragilité élevées, et le revenu peut ajuster sa dureté et sa ténacité.
- Éliminer ou réduire les contraintes internes résiduelles générées pendant la trempe pour éviter la déformation ou la fissuration.
- Stabiliser la microstructure et les dimensions pour assurer la précision. La microstructure de l'acier trempé est constituée de martensite trempée et d'austénite résiduelle, qui sont toutes deux métastables et ont tendance à se transformer en structures stables (c'est-à-dire se transformer spontanément en ferrite et en cémentite). Cette transformation peut entraîner des changements de taille et de forme de la pièce. Le revenu convertit la martensite trempée et l'austénite résiduelle en microstructures plus stables, garantissant l'absence de changements de taille ou de forme pendant le service.
Le processus de revenu implique quatre types de réactions : la décomposition de la martensite ; la précipitation, la transformation, l'agrégation et la croissance des carbures ; la récupération et la recristallisation de la ferrite ; et la décomposition de l'austénite résiduelle.
Lorsque l'acier trempé est chauffé en dessous de 200°C, de fins carbures ε (FeₓC) commencent à précipiter de la martensite, réduisant la sursaturation de la martensite et éliminant partiellement les contraintes internes. La microstructure composée de ces carbures ε ultrafins et d'une solution solide α à faible saturation est appelée martensite revenue (Mₜₑₘₚ).
Après que la martensite trempée se transforme en martensite revenue, son volume diminue, réduisant la pression sur l'austénite résiduelle. À ce stade, l'austénite résiduelle se décompose pour former une structure bainitique.
Cette transformation est relativement évidente dans les aciers à teneur moyenne et élevée en carbone. Pour les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés avec une teneur en carbone inférieure à 0,4 %, la quantité d'austénite résiduelle est si faible que cette transformation est essentiellement négligeable. Par conséquent, la microstructure revenue reste de la martensite revenue à 200–300°C.
Lorsque la température dépasse 250°C, la décomposition de la martensite est complète et sa tétragonalité disparaît. Les carbures ε se transforment en cémentite fine et stable (Fe₃C), et la plupart des contraintes internes de trempe sont éliminées. Le revenu entre 300 et 500°C produit une microstructure mixte constituée d'une matrice de ferrite et d'un grand nombre de cémentites granulaires finement dispersées, connue sous le nom de troostite revenue (Tₜₑₘₚ).
Lorsque la température de revenu atteint plus de 400°C, la ferrite lamellaire subit une polygonisation, tandis que la cémentite granulaire fine Fe₃C se sphéroïdise et s'agrège pour croître. Les contraintes internes de trempe sont complètement éliminées. Le revenu entre 500 et 650°C se traduit par une microstructure composée d'une matrice de ferrite polygonale avec une cémentite granulaire relativement grande répartie partout, appelée sorbite revenue (Sₜₑₘₚ).
Le revenu est classé en revenu à basse température, revenu à température moyenne et revenu à haute température en fonction de la plage de température.
- Température de revenu: 150–250°C
- Microstructure: Martensite revenue (Mₜₑₘₚ) — un mélange de carbures ε ultrafins et d'une solution solide α à faible saturation. Au microscope optique, la martensite revenue apparaît noire, tandis que l'austénite résiduelle apparaît blanche.
- Objectif: Maintenir une dureté élevée (généralement 58–64 HRC) et une résistance à l'usure de la pièce trempée, tout en réduisant les contraintes résiduelles de trempe et la fragilité.
- Applications: Principalement utilisé pour le traitement thermique des outils en acier à haute teneur en carbone, des outils de coupe, des outils de mesure, des matrices, des roulements, des pièces cémentées et des pièces trempées en surface.
- Température de revenu: 350–500°C
- Microstructure: Troostite revenue (Tₜₑₘₚ) — une microstructure de cémentite granulaire fine répartie sur une matrice de ferrite qui conserve la morphologie martensitique.
- Objectif: Atteindre une limite élastique, une limite d'élasticité et un certain degré de ténacité élevés ; la plupart des contraintes internes sont éliminées, avec une dureté de 35–45 HRC.
- Applications: Principalement utilisé pour le traitement thermique des ressorts, des ressorts de mouvement, des matrices de forgeage et des outils à impact.
- Température de revenu: 500–650°C
- Microstructure: Sorbite revenue (Sₜₑₘₚ) — une microstructure de Fe₃C granulaire répartie sur une matrice de ferrite polygonale.
- Objectif: Obtenir d'excellentes propriétés mécaniques complètes (résistance, plasticité et ténacité équilibrées) ; les contraintes internes sont complètement éliminées, avec une dureté de 25–35 HRC. Puisque la sorbite revenue a de bonnes propriétés mécaniques complètes, la combinaison de "trempe + revenu à haute température" est communément appelée trempe et revenu (QT), ou simplement "revenu" au sens large.
- Applications: La trempe et le revenu sont principalement utilisés comme traitement thermique final pour diverses pièces structurelles importantes (par exemple, les bielles, les arbres et les engrenages soumis à des charges alternées et à des exigences de résistance à la fatigue élevées). Il est également souvent utilisé comme traitement de préchauffage pour les pièces trempées en surface, les pièces nitrurées, les outils de coupe de précision, les outils de mesure et les matrices.
Il faut noter que les plages de températures ci-dessus pour les processus de revenu s'appliquent aux aciers au carbone et aux aciers faiblement alliés, et ne sont pas applicables aux aciers à teneur moyenne et élevée en alliage avec une teneur élevée en éléments d'alliage.
La ténacité au choc de l'acier trempé change avec la température de revenu. Au fur et à mesure que la température de revenu augmente, la dureté de l'acier a tendance à diminuer, tandis que la ténacité augmente généralement. Cependant, deux valeurs minimales apparaissent dans les plages de températures de 250–400°C et de 450–650°C. Ce phénomène est appelé fragilisation au revenu et est divisé en fragilisation au revenu à basse température et fragilisation au revenu à haute température.
Ceci fait référence à la fragilité présentée par l'acier trempé lorsqu'il est revenu à 250–400°C. Puisque la fragilisation une fois formée ne peut pas être éliminée par un nouveau chauffage, elle est également appelée fragilisation au revenu irréversible. La cause principale est que pendant le revenu dans cette plage de températures, la martensite se décompose et la cémentite précipite aux joints de grains, réduisant la résistance à la rupture des joints de grains et détruisant la continuité de la matrice. Presque tous les aciers présentent ce type de fragilisation au revenu, et il n'existe actuellement aucune méthode efficace pour l'éliminer complètement. Par conséquent, l'acier trempé n'est généralement pas revenu dans la plage de 250–350°C.
Ceci fait référence à la fragilité présentée par l'acier trempé lorsqu'il est refroidi lentement après le revenu dans la plage de 450–650°C. La ténacité peut être restaurée si l'acier est réchauffé à plus de 600°C et refroidi rapidement, il est donc également appelé fragilisation au revenu réversible.
Ce type de fragilisation se produit principalement dans les aciers de construction contenant des éléments d'alliage tels que Cr, Ni, Si et Mn. Une caractéristique clé est que le refroidissement rapide (refroidissement à l'huile) après le revenu ne provoque pas de fragilité, tandis que le refroidissement lent (refroidissement à l'air) le fait. Lorsque ces aciers doivent être revenus à des températures élevées, ils sont généralement chauffés à plus de 600°C et refroidis rapidement. Bien sûr, le refroidissement rapide à partir de cette température ne provoque pas de durcissement, car l'austénitisation ne se produit pas.
En général, pour obtenir de bonnes propriétés mécaniques complètes, les aciers de construction alliés sont souvent revenus dans trois plages de températures différentes : les aciers à ultra-haute résistance à environ 200–300°C ; les aciers à ressorts autour de 460°C ; et les aciers trempés et revenus à 550–650°C. Les aciers à outils au carbone et alliés, qui nécessitent une dureté et une résistance élevées, sont généralement revenus à des températures ne dépassant pas 200°C. Les aciers de construction alliés, les aciers à matrices et les aciers rapides sont tous revenus dans la plage de 500–650°C.
- Le revenu est sans signification pour l'acier trempé non traité ; par conséquent, il est utilisé comme processus de traitement thermique final en conjonction avec la trempe.
- Pour éviter la déformation ou la fissuration des pièces trempées pendant le stockage, les pièces en acier doivent être revenues rapidement après la trempe.
- Un revenu insuffisant peut être compensé par un processus de revenu approprié supplémentaire ; cependant, si un revenu excessif se produit, tous les efforts précédents seront gaspillés et la pièce devra être trempée à nouveau.
- Le revenu n'est pas une méthode de durcissement ; au contraire, il implique de réchauffer l'acier durci traité thermiquement pour soulager les contraintes, adoucir le matériau et améliorer la plasticité.
- Les changements microstructuraux et les modifications des propriétés causés par le revenu dépendent de la température à laquelle l'acier est réchauffé. Plus la température est élevée, plus les effets sont importants. Par conséquent, le choix de la température dépend généralement de la mesure dans laquelle la dureté et la résistance sont sacrifiées pour gagner en plasticité et en ténacité.
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