Le revenu est un traitement thermique permettant d'optimiser les performances de divers composants en acier. Ce procédé est appliqué aux pièces de moteurs automobiles et aux éléments structurels des engins de chantier. Par exemple, les engrenages de transmission automobile, après trempe et revenu, transmettent la puissance avec précision et assurent un fonctionnement optimal de la boîte de vitesses. Cet article présente les principes fondamentaux du revenu.
Marché of Trempe
La trempe est un traitement thermique Le revenu est un procédé qui consiste à chauffer une pièce trempée à une température spécifique inférieure au point Ac1, à la maintenir à cette température pendant une durée déterminée, puis à la refroidir à température ambiante. Ce procédé permet à la pièce d'acquérir les propriétés requises pour son utilisation.
L'acier est rarement utilisé immédiatement après trempe car la microstructure résultante est composée de martensite et d'austénite résiduelle, et présente d'importantes contraintes internes. Bien que la martensite possède une résistance et une dureté élevées, sa faible plasticité et sa grande fragilité rendent la pièce susceptible de se déformer et de se fissurer sous l'effet de ces contraintes. De plus, la structure trempée est instable et peut se décomposer lentement à température ambiante, entraînant des variations de volume et des déformations. Par conséquent, les pièces trempées doivent être revenues avant leur mise en service.
Fonction du trempage
Les objectifs du trempage sont les suivants :
Réduction du stress interne
Les matériaux métalliques trempés présentent des contraintes internes importantes susceptibles d'entraîner une déformation, voire une fissuration. Le revenu constitue un moyen efficace de relâcher et d'équilibrer ces contraintes internes.
Par exemple, dans les grands moules et matrices trempés, si les contraintes internes ne sont pas rapidement relâchées après la trempe, le moule peut subir d'importantes déformations lors de son utilisation, compromettant la précision et la qualité du produit. Le revenu assure une répartition plus uniforme des contraintes à l'intérieur du moule, garantissant ainsi sa stabilité structurelle.
Réglage de la dureté
Bien que les matériaux métalliques trempés présentent une dureté élevée, ils sont souvent excessivement fragiles, ce qui les rend inadaptés à de nombreuses applications pratiques. Le revenu permet d'ajuster précisément la dureté à une valeur appropriée en fonction des exigences de l'application.
Pour les composants mécaniques soumis à des chocs, comme les têtes de marteau ou les godets d'excavatrice, le revenu permet de réduire modérément la dureté tout en améliorant la ténacité. Cette ténacité accrue permet à la pièce de mieux résister aux forces d'impact en fonctionnement sans se rompre facilement.
Stabilisation de la microstructure
La microstructure des matériaux métalliques trempés est dans un état métastable. Le revenu permet à cette microstructure de se transformer en une forme plus stable.
Prenons l'exemple de l'acier : sa structure martensitique après trempe se décompose lors du revenu pour former des structures plus stables telles que la martensite revenue, la troostite revenue ou la sorbite revenue. Ces structures présentent d'excellentes propriétés mécaniques globales, garantissant la stabilité des performances du matériau sur le long terme, même en cas d'utilisation prolongée. Par exemple, dans la fabrication des vilebrequins de moteurs automobiles, la structure stable obtenue par revenu assure un fonctionnement stable et durable du vilebrequin sous des conditions de température, de vitesse et de charge élevées, évitant ainsi toute dégradation des performances ou toute défaillance due à une instabilité microstructurale.
Amélioration de la ténacité
La ténacité d'un matériau métallique mesure sa résistance à la rupture sous l'effet d'un choc ou d'une déformation plastique importante. Le revenu améliore considérablement la ténacité des matériaux métalliques.
Pour les pièces à parois minces ou les composants aux géométries complexes, une ténacité insuffisante après Trempe Un défaut d'usinage peut facilement entraîner une défaillance en cours d'utilisation. Le revenu améliore la ténacité de ces pièces, leur permettant de mieux s'adapter à diverses conditions de travail complexes. Dans le cas des composants aérospatiaux critiques, par exemple, une ténacité extrêmement élevée est requise pour garantir la sécurité des vols, faisant du revenu une étape indispensable de leur fabrication.
Types de trempe
Selon la température de trempe, on peut la diviser en 3 types :
Trempe à basse température (inférieure à 250 °C)
Le revenu à basse température permet d'obtenir une microstructure de martensite revenue. Son objectif est de réduire les contraintes de trempe et la fragilité. La martensite revenue ainsi obtenue présente une dureté élevée (généralement de 58 à 64 HRC), une résistance mécanique élevée et une excellente résistance à l'usure. Par conséquent, le revenu à basse température est particulièrement adapté aux composants exigeant une dureté et une résistance à l'usure élevées, tels que les outils de coupe, les instruments de mesure, les roulements, les pièces cémentées et les surfaces trempées par induction.
Trempe à moyenne température (250°C – 500°C)
Le revenu à moyenne température produit une microstructure de troostite revenue. Il confère à l'acier une limite élastique élevée, une résistance et une dureté relativement élevées (généralement de 35 à 50 HRC), ainsi qu'une bonne plasticité et une bonne ténacité. Le revenu à moyenne température est principalement utilisé pour divers composants élastiques et matrices de travail à chaud.
Trempe à haute température (500°C – 650°C)
Le revenu à haute température produit une microstructure de sorbite revenue. Le traitement thermique combiné de la trempe et du revenu à haute température est appelé trempe-revenu ou « conditionnement ». Après conditionnement, l'acier présente d'excellentes propriétés mécaniques globales (généralement une dureté de 220 à 230 HBS). Le revenu à haute température est principalement appliqué aux composants critiques de machines en acier de construction à moyenne teneur en carbone ou faiblement allié, tels que les vilebrequins, les bielles, les boulons, les essieux automobiles, les broches de machines-outils et les engrenages.
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Caractère fragile
En général, lors du revenu d'un acier trempé, sa résistance et sa dureté diminuent, tandis que sa plasticité et sa ténacité augmentent avec la température de revenu. Cependant, si le revenu est effectué dans certaines plages de température, la résilience de l'acier peut diminuer significativement. Ce phénomène de fragilisation, qui se produit lorsque l'acier trempé est revenu dans des plages de température spécifiques ou refroidi lentement dans ces plages à partir de la température de revenu, est appelé fragilité de revenu. On distingue deux types de fragilité de revenu : le type 1 et le type 2.
Fragilité au trempe de type 1
Ce type de fragilisation est une fragilité de revenu irréversible. Elle se produit lorsque l'acier trempé est revenu à environ 300 °C et est connue sous le nom de fragilité de revenu de type 1 ou fragilité de revenu irréversible. Presque tous les aciers présentent ce type de fragilité. Elle est attribuée à la précipitation de carbures discontinus, en forme de coquille mince, le long des joints de grains de martensite lors du revenu, ce qui réduit considérablement la résistance à la rupture des joints de grains. Par conséquent, les pièces usinées sont généralement pas trempé dans la plage de 250°C à 350°C.
Fragilité au trempe de type 2
Ce type de fragilité est une fragilité de revenu réversible. Elle affecte les aciers alliés contenant des éléments tels que le chrome, le manganèse et le nickel. Elle se manifeste lorsque ces aciers sont revenus dans la plage de températures de fragilisation (400 °C à 550 °C) ou lorsqu'ils sont refroidis lentement dans cette plage après un revenu à une température plus élevée. On parle de fragilité de revenu réversible car elle peut être éliminée par un nouveau revenu au-dessus de la température de fragilisation suivi d'un refroidissement rapide. Si l'acier est ensuite revenu dans la plage de fragilisation ou refroidi lentement dans cette plage, la fragilité réapparaît.
La cause est généralement la ségrégation d'éléments d'impuretés tels que Sb, Sn et P aux joints de grains de l'austénite initiale. Les éléments d'alliage comme Ni et Cr favorisent cette ségrégation d'impuretés et se ségrègent également aux joints de grains eux-mêmes, augmentant ainsi la sensibilité à la fragilisation au revenu.
Les méthodes de prévention comprennent :
- Minimiser la teneur en éléments impurs dans l'acier.
- L'ajout d'éléments comme le molybdène (Mo), qui peuvent inhiber la ségrégation aux joints de grains.
- Pour les pièces de petite et moyenne taille, ce type de fragilité au revenu peut être supprimé par un refroidissement rapide après le revenu.
