Le processus de trempe de la bainite inférieure

I. Principe de base de la trempe de la bainite inférieure

II. Étapes du processus et paramètres de la trempe de la bainite inférieure

1. Phase d'austénitisation (chauffage et maintien)

• Objectif: Dissoudre complètement les carbures dans l'acier et obtenir une structure austénitique uniforme et fine, jetant les bases de la transformation ultérieure.
• Paramètres du processus:
  • Température d'austénitisation: Déterminée par la composition de l'acier, généralement 30~50°C au-dessus de Ac3 (pour les aciers hypoeutectoïdes) ou entre Ac1 et Ac3 (pour les aciers hypereutectoïdes, pour éviter les carbures en réseau). Par exemple :
    • Aciers mi-carbone (par exemple, acier 45) : 820~860°C ;
    • Aciers faiblement alliés mi-carbone (par exemple, 40Cr) : 840~880°C ;
    • Aciers à haute teneur en carbone (par exemple, acier T8) : 780~820°C (pour éviter les gros grains dus à la surchauffe).
  • Temps de maintien: Déterminé par l'épaisseur de la pièce et la capacité de charge pour assurer l'homogénéisation de l'austénite. Généralement 1 à 3 heures (plus court pour les petites pièces, jusqu'à 30 minutes ; plus long pour les grandes pièces), en évitant le sous-chauffage (austénitisation incomplète) ou la surchauffe (gros grains, entraînant une réduction des performances).

2. Phase de refroidissement rapide (éviter les zones de perlite/bainite supérieure)

• Objectif: Refroidir rapidement la pièce austénitisée à la plage de température de transformation de la bainite inférieure (200~350°C), en empêchant la transformation prématurée dans les zones de perlite (500~600°C) ou de bainite supérieure (350~500°C), assurant une transformation "directionnelle" de l'austénite en bainite inférieure.
• Paramètres du processus:
  • Milieu de refroidissement: Doit fournir une vitesse de refroidissement suffisante (dépassant la vitesse de refroidissement critique de l'acier). Les milieux courants comprennent :
    • Sels fondus (par exemple, bains de nitrate-nitrite, avec de faibles points de fusion et une régulation facile de la température) ;
    • Huiles minérales (adaptées aux petites pièces, avec un refroidissement légèrement plus lent que les sels fondus) ;
    • Solutions polymères (par exemple, solutions de poly(alcool vinylique), avec une capacité de refroidissement réglable).
  • Point final de refroidissement: Refroidir rapidement la pièce à 200~350°C (température spécifique déterminée par la courbe TTT de l'acier ; par exemple, 250~300°C pour les aciers faiblement alliés).

3. Phase de transformation isotherme (étape centrale)

• Objectif: Maintenir à la basse température définie pour transformer complètement l'austénite en bainite inférieure (minimisant l'austénite résiduelle).
• Paramètres du processus:
  • Température isotherme: Généralement 200~350°C (plage caractéristique pour la bainite inférieure). Des températures plus basses produisent des lattes de bainite inférieure plus fines, augmentant la résistance et la dureté, mais ralentissant la transformation (nécessitant un maintien plus long) ; des températures plus élevées (près de 350°C) peuvent former de la bainite supérieure partielle, réduisant la ténacité.
  • Temps isotherme: Déterminé par la courbe TTT de l'acier pour assurer une transformation complète de l'austénite. Exemples :
    • Acier 40Cr à 280°C : ~2~4 heures ;
    • Acier à ressort 60Si2Mn à 250°C : ~3~5 heures.
  • Critères de jugement: Inspection microstructurale (la bainite inférieure apparaît sous forme de structures sombres en forme d'aiguilles/lamelles sans perlite ni martensite) ou formules empiriques (par exemple, prolonger le temps de 0,5 à 1 heure par 10 mm d'épaisseur).

4. Refroidissement post-isotherme

• Après le maintien isotherme, la pièce peut être refroidie à l'air ambiant (pas besoin de refroidissement rapide continu). L'austénite s'est déjà complètement transformée en bainite inférieure, de sorte que le refroidissement à l'air évite la formation de martensite ou d'autres structures défavorables et empêche la fissuration due aux contraintes causées par des vitesses de refroidissement excessives.

III. Qualités d'acier appropriées

• Aciers mi-carbone : 45, 50, etc. ;
• Aciers faiblement alliés mi-carbone : 40Cr, 42CrMo, 35CrMo, etc. ;
• Aciers à ressort : 60Si2Mn, 50CrVA, etc. ;
• Aciers pour roulements : GCr15 (contrôler la température d'austénitisation pour éviter les gros grains).

IV. Caractéristiques de performance et applications

• Avantages de performance: La bainite inférieure a une dureté de HRC45~55 (proche de la martensite) mais une ténacité au choc (αk) 2 à 3 fois supérieure à celle de la martensite (par exemple, 40Cr après trempe de la bainite inférieure a αk≥80J/cm² contre 30~50J/cm² pour la trempe martensitique), avec une excellente résistance à la fatigue et à l'usure.
• Applications: Pièces nécessitant un "équilibre résistance-ténacité", telles que les engrenages, les arbres de transmission, les bielles, les ressorts et les bagues de roulement.

V. Points clés du processus et précautions

1. Contrôle de l'austénitisation: Des températures excessivement élevées provoquent de gros grains d'austénite et une bainite inférieure rugueuse, réduisant la ténacité ; des températures basses entraînent une austénitisation incomplète, avec des carbures résiduels altérant l'uniformité de la transformation.
2. Vitesse de refroidissement: Doit passer rapidement à travers la zone de perlite (500~600°C) ; sinon, la perlite se forme, réduisant considérablement la résistance (sélectionner des milieux avec une capacité de refroidissement appropriée, par exemple, des bains de sels fondus, pour garantir que les vitesses dépassent les valeurs critiques).
3. Paramètres isothermes: Suivre strictement les courbes TTT pour la température et le temps—les écarts provoquent une austénite résiduelle excessive (dureté réduite) ou une bainite supérieure partielle (ténacité réduite).
4. Géométrie de la pièce: Pour les pièces volumineuses ou complexes, contrôler les vitesses de chauffage/refroidissement pour éviter la fissuration due aux contraintes (utiliser un chauffage progressif ou un pré-refroidissement à des températures plus élevées avant le maintien isotherme).