Lors du traitement thermique de l'aluminium et des alliages d'aluminium, divers problèmes sont fréquemment rencontrés, tels que :
- Mauvais placement des pièces : cela peut entraîner une déformation des pièces, souvent due à une élimination insuffisante de la chaleur par le milieu de trempe à une vitesse suffisamment rapide pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées.
- Chauffage rapide : cela peut entraîner une déformation thermique ; un placement correct des pièces permet de garantir un chauffage uniforme.
-Surchauffe : Cela peut conduire à une fusion partielle ou à une fusion eutectique.
-Ecaillage de surface/oxydation à haute température.
-Traitement de vieillissement excessif ou insuffisant, tous deux pouvant entraîner une perte de propriétés mécaniques.
-Fluctuations des paramètres de temps/température/trempe pouvant entraîner des écarts de propriétés mécaniques et/ou physiques entre les pièces et les lots.
-De plus, une mauvaise uniformité de température, un temps d’isolation insuffisant et un refroidissement inadéquat pendant le traitement thermique de la solution peuvent tous contribuer à des résultats inadéquats.
Le traitement thermique est un processus thermique crucial dans l'industrie de l'aluminium, approfondissons davantage les connaissances connexes.
1. Prétraitement
Les procédés de prétraitement améliorant la structure et réduisant les contraintes avant la trempe contribuent à réduire la distorsion. Ils impliquent généralement des procédés tels que le recuit de sphéroïdisation et le recuit de détente, et certains intègrent également un traitement de trempe et de revenu ou de normalisation.
Recuit de relaxation des contraintes:Lors de l'usinage, des contraintes résiduelles peuvent se développer en raison de facteurs tels que les méthodes d'usinage, l'engagement de l'outil et les vitesses de coupe. Une répartition inégale de ces contraintes peut entraîner une déformation lors de la trempe. Pour atténuer ces effets, un recuit de détente avant la trempe est nécessaire. La température de ce recuit est généralement comprise entre 500 et 700 °C. Lors d'un chauffage à l'air, une température de 500 à 550 °C avec un temps de maintien de 2 à 3 heures est utilisée pour prévenir l'oxydation et la décarburation. La déformation de la pièce due à son propre poids doit être prise en compte lors du chargement, et les autres procédures sont similaires au recuit standard.
Traitement de préchauffage pour l'amélioration de la structure:Cela comprend le recuit sphéroïdisant, la trempe et le revenu, ainsi que le traitement de normalisation.
- Recuit sphéroïdisant: Essentielle pour les aciers à outils au carbone et les aciers à outils alliés lors du traitement thermique, la structure obtenue après recuit de sphéroïdisation influence significativement la tendance à la déformation lors de la trempe. En ajustant la structure après recuit, on peut réduire la déformation régulière lors de la trempe.
-Autres méthodes de prétraitementDifférentes méthodes peuvent être employées pour réduire la distorsion de trempe, telles que la trempe, le revenu et le traitement de normalisation. Le choix de prétraitements adaptés, tels que la trempe, le revenu et le traitement de normalisation, en fonction de la cause de la distorsion et du matériau de la pièce, permet de réduire efficacement la distorsion. Cependant, il convient d'être prudent quant aux contraintes résiduelles et à l'augmentation de la dureté après revenu. En particulier, le traitement de trempe et de revenu peut réduire la dilatation pendant la trempe pour les aciers contenant du W et du Mn, mais a peu d'effet sur la réduction de la déformation pour les aciers tels que le GCr15.
En pratique, identifier la cause de la distorsion de trempe, qu'elle soit due à des contraintes résiduelles ou à une mauvaise structure, est essentiel pour un traitement efficace. Un recuit de détente doit être réalisé pour la distorsion causée par les contraintes résiduelles, tandis que les traitements tels que le revenu, qui modifient la structure, ne sont pas nécessaires, et inversement. C'est seulement ainsi que l'objectif de réduction de la distorsion de trempe peut être atteint, réduisant ainsi les coûts et garantissant la qualité.
2. Opération de chauffage de trempe
Température de trempeLa température de trempe a un impact significatif sur la déformation. Pour réduire la déformation, il est possible d'ajuster la température de trempe, ou de conserver une surépaisseur d'usinage identique à celle-ci, ou encore de sélectionner et de conserver judicieusement la surépaisseur d'usinage et la température de trempe après les essais de traitement thermique afin de réduire la surépaisseur d'usinage ultérieure. L'effet de la température de trempe sur la déformation de trempe dépend non seulement du matériau utilisé dans la pièce, mais aussi de ses dimensions et de sa forme. Lorsque la forme et la taille de la pièce sont très différentes, même si le matériau est le même, la tendance à la déformation de trempe est très différente, et l'opérateur doit y prêter attention en production réelle.
Temps de maintien de la trempeLe choix du temps de maintien assure non seulement un chauffage complet et l'obtention de la dureté ou des propriétés mécaniques souhaitées après trempe, mais prend également en compte son effet sur la déformation. L'allongement du temps de maintien après trempe entraîne une augmentation de la température de trempe, particulièrement marquée pour les aciers à haute teneur en carbone et en chrome.
Méthodes de chargement:Si la pièce est placée dans une forme déraisonnable pendant le chauffage, cela provoquera une déformation due au poids de la pièce ou une déformation due à l'extrusion mutuelle entre les pièces, ou une déformation due à un chauffage et un refroidissement inégaux en raison d'un empilement excessif des pièces.
Méthode de chauffagePour les pièces de formes complexes et d'épaisseurs variables, notamment celles à forte teneur en carbone et en alliages, un chauffage lent et uniforme est crucial. Le préchauffage est souvent nécessaire, nécessitant parfois plusieurs cycles de préchauffage. Pour les pièces de grandes dimensions non traitées efficacement par préchauffage, l'utilisation d'un four à résistance à caisson avec chauffage contrôlé peut réduire la déformation due à un chauffage rapide.
3. Fonctionnement du refroidissement
La déformation due à la trempe résulte principalement du processus de refroidissement. Le choix d'un fluide de trempe approprié, une manipulation rigoureuse et chaque étape du processus de refroidissement influencent directement la déformation due à la trempe.
Sélection du milieu de trempePour garantir la dureté souhaitée après trempe, il est conseillé de privilégier des milieux de trempe plus doux afin de minimiser la déformation. Il est recommandé d'utiliser des bains chauffants pour le refroidissement (afin de faciliter le redressage pendant que la pièce est encore chaude), voire un refroidissement à l'air. Des milieux dont la vitesse de refroidissement se situe entre l'eau et l'huile peuvent également remplacer les milieux mixtes eau-huile.
— Trempe par refroidissement à l'airLa trempe par refroidissement à l'air est efficace pour réduire la déformation de trempe des aciers rapides, des aciers pour moules au chrome et des aciers à microdéformation par refroidissement à l'air. Pour l'acier 3Cr2W8V ne nécessitant pas une dureté élevée après trempe, la trempe par refroidissement à l'air peut également être utilisée pour réduire la déformation en ajustant correctement la température de trempe.
—Refroidissement et trempe de l'huileL'huile est un fluide de trempe dont la vitesse de refroidissement est bien inférieure à celle de l'eau. Cependant, pour les pièces à trempabilité élevée, de petite taille, de forme complexe et à forte tendance à la déformation, la vitesse de refroidissement de l'huile est trop élevée. En revanche, pour les pièces de petite taille mais à faible trempabilité, elle est insuffisante. Afin de résoudre ces contradictions et d'exploiter pleinement la trempe à l'huile pour réduire la déformation des pièces, des méthodes d'ajustement et d'augmentation de la température de trempe ont été adoptées afin d'en accroître l'utilisation.
—Modification de la température de l'huile de trempeL'utilisation d'une température d'huile constante pour la trempe afin de réduire la déformation de trempe pose néanmoins les problèmes suivants : à basse température, la déformation de trempe reste importante ; à haute température, il est difficile de garantir la dureté de la pièce après trempe. Sous l'effet combiné de la forme et du matériau de certaines pièces, l'augmentation de la température de l'huile de trempe peut également accroître leur déformation. Il est donc essentiel de déterminer la température de l'huile de trempe après l'essai, en fonction des conditions réelles du matériau, des dimensions de la section et de la forme de la pièce.
Lors de l'utilisation d'huile chaude pour la trempe, afin d'éviter tout incendie dû à la température élevée de l'huile due à la trempe et au refroidissement, il est nécessaire d'installer le matériel de lutte contre l'incendie nécessaire à proximité du réservoir d'huile. De plus, la qualité de l'huile de trempe doit être régulièrement contrôlée et l'huile doit être renouvelée ou remplacée à temps.
—Augmenter la température de trempeCette méthode convient aux pièces en acier au carbone de petite section et aux pièces en acier allié légèrement plus grandes qui ne répondent pas aux exigences de dureté après chauffage et conservation à chaud à des températures de trempe normales et à l'huile. Une augmentation appropriée de la température de trempe, suivie d'une trempe à l'huile, permet d'obtenir un durcissement et une réduction de la déformation. Lors de la trempe, il convient de veiller à éviter les problèmes tels que le grossissement du grain, la réduction des propriétés mécaniques et de la durée de vie de la pièce dus à une température de trempe plus élevée.
—Classification et trempe austempératureLorsque la dureté de trempe répond aux exigences de conception, la classification et la trempe australe du bain chaud doivent être pleinement exploitées pour réduire la déformation de trempe. Cette méthode est également efficace pour les aciers de construction et les aciers à outils au carbone de faible section et à faible trempabilité, notamment les aciers à matrices contenant du chrome et les pièces en acier rapide à trempabilité élevée. La classification du bain chaud et la méthode de refroidissement par trempe australe constituent les méthodes de trempe de base pour ce type d'acier. De même, elle est efficace pour les aciers au carbone et les aciers de construction faiblement alliés qui ne nécessitent pas une dureté de trempe élevée.
Lors de la trempe avec un bain chaud, il convient de prêter attention aux points suivants :
Premièrement, lorsque le bain d'huile est utilisé pour le calibrage et la trempe isotherme, la température de l'huile doit être strictement contrôlée pour éviter l'apparition d'un incendie.
Deuxièmement, lors de la trempe avec des sels de nitrate, le réservoir de sel de nitrate doit être équipé des instruments et dispositifs de refroidissement nécessaires. Pour les autres précautions, veuillez vous référer aux informations correspondantes et ne les répéterons pas ici.
Troisièmement, la température isotherme doit être strictement contrôlée lors de la trempe isotherme. Une température élevée ou basse ne favorise pas la réduction de la déformation due à la trempe. De plus, lors de la trempe austrempée, la méthode de suspension de la pièce doit être choisie afin d'éviter toute déformation due à son poids.
Quatrièmement, lors de l'utilisation d'une trempe isotherme ou progressive pour corriger la forme de la pièce à chaud, l'outillage et les montages doivent être parfaitement équipés et l'opération doit être rapide. Cela permet d'éviter tout effet néfaste sur la qualité de la trempe de la pièce.
Fonctionnement du refroidissement:Une opération habile pendant le processus de refroidissement a un impact significatif sur la déformation de trempe, en particulier lorsque des milieux de trempe à base d'eau ou d'huile sont utilisés.
-Direction correcte de l'entrée du milieu de trempeEn règle générale, les pièces symétriquement équilibrées ou allongées en forme de tige doivent être trempées verticalement dans le fluide. Les pièces asymétriques peuvent être trempées en biais. Le bon sens de trempe vise à assurer un refroidissement uniforme de toutes les pièces, les zones de refroidissement lent entrant d'abord dans le fluide, suivies des sections de refroidissement plus rapides. Il est essentiel de tenir compte de la forme de la pièce et de son influence sur la vitesse de refroidissement.
-Déplacement des pièces dans le milieu de trempeLes pièces à refroidissement lent doivent être orientées vers le milieu de trempe. Les pièces de forme symétrique doivent suivre une trajectoire équilibrée et uniforme dans le milieu, en conservant une faible amplitude et un mouvement rapide. Pour les pièces fines et allongées, la stabilité pendant la trempe est cruciale. Évitez les oscillations et utilisez des pinces plutôt que des serre-joints pour un meilleur contrôle.
-Vitesse de trempeLes pièces doivent être trempées rapidement. En particulier pour les pièces fines en forme de tige, des vitesses de trempe plus lentes peuvent entraîner une augmentation de la déformation en flexion et des différences de déformation entre les sections trempées à des moments différents.
-Refroidissement contrôlé:Pour les pièces présentant des différences significatives de taille de section transversale, protégez les sections à refroidissement plus rapide avec des matériaux tels que des cordes d'amiante ou des tôles métalliques pour réduire leur vitesse de refroidissement et obtenir un refroidissement uniforme.
-Temps de refroidissement dans l'eauPour les pièces soumises principalement à des déformations dues à des contraintes structurelles, réduisez leur temps de refroidissement dans l'eau. Pour les pièces soumises principalement à des déformations dues à des contraintes thermiques, prolongez leur temps de refroidissement dans l'eau afin de réduire les déformations de trempe.
Édité par May Jiang de MAT Aluminum
Date de publication : 21 février 2024
