Méthodes de trempe

Dix méthodes de trempe courantes sont utilisées dans les procédés de traitement thermique : trempe à milieu unique (eau, huile, air), trempe à double milieu, trempe par paliers martensitiques, trempe par paliers martensitiques en dessous du point Ms, austénitisation bainitique, trempe combinée, austénitisation par pré-refroidissement, trempe par refroidissement différé, trempe et auto-revenu, et trempe par jet.

1. Trempe en milieu unique (eau, huile, air)

Une pièce chauffée à la température de trempe est plongée dans un bain de trempe puis laissée refroidir complètement. Il s'agit de la méthode de trempe la plus simple, couramment utilisée pour les pièces en acier au carbone et en acier allié. Le choix du bain de trempe dépend du coefficient de transfert thermique, de la trempabilité, des dimensions et de la forme de la pièce.

2. Trempe à double milieu

La pièce, chauffée à la température de trempe, est d'abord refroidie dans un milieu de trempe à refroidissement rapide jusqu'à une température proche du point Ms. Elle est ensuite transférée dans un milieu de trempe à refroidissement plus lent et refroidie à température ambiante. Ce procédé permet d'obtenir différentes plages de températures de trempe et une vitesse de refroidissement relativement optimale. Il est utilisé pour les pièces de formes complexes ou de grandes dimensions en acier à haute teneur en carbone ou en acier allié. L'acier à outils au carbone est également couramment utilisé avec cette méthode. Les milieux de refroidissement courants comprennent les mélanges eau-huile, eau-nitrate, eau-air et huile-air. L'eau est généralement utilisée pour la trempe rapide, tandis que l'huile ou l'air sont utilisés pour la trempe lente. L'air est moins fréquemment utilisé.

3. Trempe par paliers martensitiques

Après austénitisation, l'acier est immergé dans un milieu liquide (bain de sel ou bain alcalin) à une température légèrement supérieure ou inférieure à son point de transformation martensitique supérieur. La température est maintenue pendant une durée appropriée jusqu'à ce que les couches internes et externes de l'acier atteignent la température du milieu. L'acier est ensuite retiré et refroidi à l'air, permettant ainsi à l'austénite surfondue de se transformer lentement en martensite. Ce procédé de trempe est généralement utilisé pour les petites pièces de formes complexes et soumises à des exigences de déformation strictes. Il est également couramment employé pour la trempe des outils et moules en acier rapide et en acier fortement allié.

4. Trempe par palier de martensite en dessous du point Ms

Lorsque la température du bain est inférieure à la température de trempe (Ms) de l'acier de la pièce mais supérieure à sa température de fusion (Mf), la pièce refroidit plus rapidement. Même pour des pièces de grande taille, on obtient les mêmes résultats qu'avec une trempe par paliers. Cette méthode est souvent utilisée pour les grandes pièces en acier à faible trempabilité.

5. Méthode d'austénitisation bainitique

La pièce est trempée dans un bain à la température de bainite inférieure de l'acier et maintenue dans ce bain pendant 30 à 60 minutes afin de subir une transformation bainitique inférieure. Le procédé d'austénitisation bainitique comprend trois étapes principales :
① austénitisation ;

② refroidissement après austénitisation ;

③ Traitement isotherme de la bainite.

Cette méthode est couramment utilisée pour les pièces de petite taille en aciers alliés et en aciers à haute teneur en carbone, ainsi que pour les pièces moulées en fonte ductile.

6. Méthode de trempe combinée

La pièce est d'abord refroidie rapidement en dessous de Ms afin d'obtenir une fraction volumique de martensite de 10 à 30 %. Elle subit ensuite un traitement isotherme dans la zone de bainite inférieure pour obtenir une structure martensitique et bainitique sur des sections transversales plus importantes. Cette méthode est couramment utilisée pour les pièces en acier à outils allié.

7. Méthode d'austénitisation à froid préalable

Également appelée austénitisation isotherme à température croissante, cette technique consiste à refroidir la pièce dans un bain à basse température (supérieure à Ms), puis à la transférer dans un bain à haute température pour y subir une transformation isotherme de l'austénite. Elle convient aux pièces en acier à faible trempabilité ou aux grandes pièces nécessitant une austénitisation isotherme.

8. Méthode de trempe par refroidissement différé

La pièce est pré-refroidie à l'air, à l'eau chaude ou dans un bain de sel à une température légèrement supérieure à Ar3 ou Ar1, puis trempée dans un seul milieu. Cette méthode est souvent utilisée pour les pièces de formes complexes, présentant d'importantes variations d'épaisseur et pour lesquelles une déformation minimale est requise.

9. Méthode de trempe et d'auto-revenu

La pièce entière est chauffée, mais lors de la trempe, seule la partie à durcir (généralement la zone de travail) est immergée dans le bain de trempe pour refroidir. Dès que la partie non immergée est refroidie, elle est immédiatement retirée et refroidie à l'air libre. Ce procédé de trempe et de revenu spontané utilise la chaleur du cœur encore partiellement refroidi pour la transférer à la surface et la revenu. Il est couramment utilisé pour les outils soumis à des chocs, tels que les ciseaux, les poinçons et les marteaux.

10. Méthode de trempe par jet

La trempe par aspersion est une méthode de trempe où un jet d'eau est pulvérisé sur la pièce. Le débit d'eau peut être plus ou moins important selon la profondeur de trempe souhaitée. Cette méthode ne forme pas de film de vapeur à la surface de la pièce, ce qui permet d'obtenir une couche trempée plus épaisse que la trempe à l'eau traditionnelle. Elle est principalement utilisée pour la trempe superficielle localisée.