L'ASTM A105N est un acier au carbone utilisé pour la fabrication de raccords de tuyauterie en acier forgé (tels que des brides, des vannes, des joints, etc.). C'est l'un des matériaux les plus courants que nous proposons à nos clients. Le « N » dans A105N représente l'état du matériau ASTM A105 après un traitement thermique de normalisation. La normalisation est un traitement thermique courant.
Alors, qu’est-ce que le traitement thermique ?
Définition du traitement thermique
Le traitement thermique des métaux est un procédé qui modifie la microstructure et les propriétés physiques des matériaux métalliques par un chauffage et un refroidissement contrôlés. Il vise à améliorer les propriétés mécaniques des métaux (dureté, résistance, ténacité, etc.), à modifier leurs propriétés physiques et chimiques (résistance à la corrosion, conductivité, usinabilité, etc.) et à les adapter à des applications spécifiques.
Processus de base du traitement thermique
Le traitement thermique comprend généralement les étapes de base suivantes :
ÉTAPE 1 Chauffage : Chauffer le matériau métallique à une température spécifique, généralement au-dessus de son point de transformation de phase, pour modifier sa microstructure ou dissoudre les éléments d'alliage.
ÉTAPE 2 Trempage : Le métal est maintenu à la température cible pendant un certain temps pour homogénéiser sa structure interne et garantir que la transformation de phase requise se produise entièrement.
ÉTAPE 3 Refroidissement : En fonction des propriétés requises, différentes vitesses de refroidissement (refroidissement rapide, refroidissement lent ou refroidissement à vitesse contrôlée) sont utilisées pour obtenir les propriétés matérielles souhaitées.
Types de traitement thermique
Les types de traitement thermique, notamment le recuit, la normalisation, la trempe, le revenu, le recuit de mise en solution, le soulagement des contraintes et le durcissement de surface, impliquent des processus de chauffage et de refroidissement contrôlés pour modifier les propriétés mécaniques d'un métal, telles que la dureté, la résistance et la ductilité, pour des applications spécifiques.
| Type de traitement thermique | Abréviation/Code | Type de traitement thermique | Abréviation/Code |
| Recuit | UN | Cémentation | CARB |
| Normalisation | N ou NORM | Durcissement de surface | SH |
| Trempe | Q | Trempe par induction | IH |
| Trempe | T | Durcissement à la flamme | FH |
| Trempe et revenu | Questions et réponses | Revenu à basse température | LT |
| Recuit de mise en solution | SA ou SHT | Revenu à température moyenne | MT |
| Vieillissement | AG | Trempe à haute température | HT |
| Soulagement du stress | SR |
Recuit
Recuit Le recuit est un procédé qui consiste à chauffer un matériau métallique au-dessus de sa température de recristallisation (généralement entre 700 °C et 900 °C), à le maintenir pendant un certain temps, puis à le refroidir lentement. Son objectif est de réduire la dureté du matériau, d'améliorer sa plasticité et son usinabilité, d'éliminer les contraintes internes et d'améliorer sa ténacité. Le recuit est généralement appliqué à l'acier au carbone (comme l'AISI 1018) et à l'acier inoxydable (comme les 304 et 316). Il est souvent utilisé pour les tôles d'acier laminées à froid, les pièces moulées et soudé pièces pour les rendre plus faciles à manipuler lors du traitement ultérieur.
Normalisation
La normalisation consiste à chauffer un matériau métallique au-dessus de la température critique (généralement entre 850 °C et 950 °C), à le maintenir pendant un certain temps, puis à le refroidir à l'air. Son objectif principal est d'affiner les grains, d'homogénéiser la structure, d'améliorer la résistance et la ténacité du matériau et d'éliminer les contraintes internes. La normalisation est couramment utilisée pour les aciers au carbone (tels que les 1010 et 1020) et les aciers faiblement alliés (tels que le 4130). Elle est également largement utilisée dans les pièces forgées, les pièces de structure, les engrenages, etc., afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques.
Trempe
La trempe consiste à chauffer un matériau métallique à une température d'austénitisation (généralement entre 800 °C et 900 °C), puis à le refroidir rapidement (par exemple dans l'eau, l'huile ou l'air). Son objectif est d'augmenter significativement la dureté et la résistance du matériau, tout en augmentant sa résistance à l'usure. Les matériaux courants sont l'acier au carbone (AISI 1045) et l'acier à outils (D2 et H13). La trempe est souvent utilisée dans la fabrication d'outils, de moules, de roulements et de ressorts afin d'en améliorer la durée de vie et la résistance à l'usure.
Trempe
Le revenu consiste à chauffer le matériau en dessous de la température critique (généralement entre 150 °C et 650 °C) après trempe, puis à le refroidir lentement. Son objectif est de réduire la dureté formée après trempe, d'améliorer la ténacité, de réduire la fragilité et d'éliminer les contraintes internes. Le revenu est couramment utilisé pour les aciers au carbone (tels que l'AISI 4140 et l'AISI 4340). Ce procédé est largement utilisé pour les pièces telles que les arbres, les engrenages et les pièces mécaniques qui nécessitent une résistance élevée et un certain degré de ténacité.
Trempe et revenu
La trempe et le revenu sont un procédé combinant trempe et revenu du matériau. Son objectif est d'augmenter sa dureté tout en maintenant une ténacité suffisante pour obtenir des propriétés mécaniques optimales. Couramment utilisés pour les aciers alliés (tels que l'AISI 4140 et l'AISI 4340), ils sont couramment utilisés pour la fabrication de pièces mécaniques lourdes, de connecteurs et de pièces structurelles exigeant une résistance et une ténacité élevées.
Recuit de mise en solution
La mise en solution consiste à chauffer un alliage à une température spécifique (1 000 °C à 1 100 °C pour l'acier inoxydable), à la maintenir pendant une durée déterminée, puis à le refroidir rapidement. Son objectif est de dissoudre complètement les éléments d'alliage dans la matrice, améliorant ainsi la résistance à la corrosion et la plasticité du matériau. Cette méthode est couramment utilisée pour l'acier inoxydable (304 et 316) et les alliages à base de nickel (comme l'Inconel 600). La mise en solution est souvent utilisée dans les équipements chimiques, les échangeurs de chaleur, les pièces aéronautiques et autres applications nécessitant une résistance élevée à la corrosion.
Soulagement du stress
Le recuit de détente consiste à chauffer un métal à basse température (550 °C à 650 °C), à le maintenir pendant un certain temps, puis à le refroidir lentement. Il vise à éliminer les contraintes internes introduites par le soudage, l'écrouissage ou la coulée afin d'éviter toute déformation ou fissuration. Il est couramment utilisé pour les aciers au carbone et faiblement alliés (tels que les aciers 1040 et 4140). Il est également utilisé pour les pièces mécaniques de précision, les pièces de structure soudées et les grandes pièces moulées afin de garantir la stabilité dimensionnelle et d'éviter les fissures.
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Précautions relatives au traitement thermique
Au cours du processus de traitement thermique du métal, il est important de noter les points clés suivants pour garantir la stabilité :
1. Sélectionnez la température de traitement thermique appropriée en fonction du matériau et des propriétés mécaniques.
2. Contrôlez les taux de chauffage et de refroidissement pour éviter le stress et obtenir les propriétés requises.
3. Utiliser des atmosphères protectrices ou une technologie sous vide pour éviter l’oxydation et la décarburation.
4. Prévenez la déformation et la fissuration en utilisant le recuit de détente des contraintes pour les pièces complexes.
5. Tenez compte de l’historique du traitement thermique du matériau pour développer une voie de traitement appropriée.
6. Définissez des temps de chauffage et de maintien raisonnables en fonction de l'épaisseur du matériau et des spécifications.
7. Maintenir l’équipement et le contrôle des processus pour garantir l’exactitude et la stabilité.
8. Assurez la propreté de la pièce pour éviter les défauts de surface.
9. Chargez et placez les pièces dans le four pour assurer un chauffage et un refroidissement uniformes.
Ces mesures contribuent à garantir que la qualité et les performances du produit final répondent aux exigences de conception.
FAQ
L'effet du traitement thermique est évalué par des tests des propriétés mécaniques (dureté, résistance et ténacité), des inspections microstructurales et des contrôles non destructifs (ultrasons et rayons X) du matériau. De plus, la déformation induite par le traitement thermique peut être vérifiée en mesurant les variations de taille et de forme.
La trempe consiste à chauffer un métal à haute température, puis à le refroidir rapidement pour en augmenter la dureté et la résistance. Le revenu, quant à lui, consiste à réchauffer le matériau à une température plus basse après la trempe, puis à le refroidir lentement pour réduire sa fragilité et améliorer sa ténacité. En résumé, la trempe augmente la dureté, tandis que le revenu ajuste l'équilibre entre dureté et ténacité.
Le traitement de solution consiste à chauffer le matériau en alliage à une température spécifique pour dissoudre complètement les éléments de l'alliage, puis à le refroidir rapidement pour améliorer sa résistance à la corrosion et sa plasticité.
Le recuit de détente consiste à chauffer le matériau à une température plus basse pour éliminer les contraintes internes causées par le soudage, le travail à froid, le moulage, etc., empêchant ainsi la déformation ou la fissuration.
La principale différence réside dans la plage de température et l'objectif : le traitement de solution est généralement utilisé pour améliorer la résistance à la corrosion, et le recuit de relaxation des contraintes est utilisé pour éliminer les contraintes internes.
Les coûts du traitement thermique impliquent l'investissement en équipements, la consommation d'énergie, le temps de traitement et les coûts de main-d'œuvre. Les procédés de traitement thermique complexes (tels que le chauffage et le refroidissement en plusieurs étapes) augmentent les prix. De plus, un contrôle rigoureux des procédés et une maintenance rigoureuse des équipements sont nécessaires pour garantir la cohérence et la qualité, ce qui augmente les coûts d'exploitation.
Les différents matériaux et alliages métalliques ont des compositions et des exigences de performance différentes ; il est donc essentiel de choisir le procédé de traitement thermique approprié. Par exemple, l'acier au carbone nécessite généralement une trempe et un revenu pour améliorer sa dureté et sa ténacité ; l'acier inoxydable peut nécessiter un traitement de mise en solution pour améliorer sa résistance à la corrosion ; l'acier à outils peut nécessiter plusieurs traitements thermiques pour obtenir une dureté et une résistance à l'usure spécifiques.
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