Découvrez comment les traitements thermiques peuvent être appliqués à de nombreux alliages métalliques pour améliorer considérablement les propriétés physiques clés telles que la dureté, la résistance et l'usinabilité.
Introduction
Les traitements thermiques peuvent être appliqués à de nombreux alliages métalliques pour améliorer considérablement les propriétés physiques clés (par exemple la dureté, la résistance ou l'usinabilité).Ces changements se produisent en raison de modifications de la microstructure et, parfois, de la composition chimique du matériau.
Ces traitements impliquent le chauffage des alliages métalliques à des températures (généralement) extrêmes, suivi d'une étape de refroidissement dans des conditions contrôlées.La température à laquelle le matériau est chauffé, le temps pendant lequel il est maintenu à cette température et la vitesse de refroidissement affectent tous considérablement les propriétés physiques finales de l'alliage métallique.
Dans cet article, nous avons passé en revue les traitements thermiques pertinents pour les alliages métalliques les plus couramment utilisés dans l'usinage CNC.En décrivant l'effet de ces processus sur les propriétés de la pièce finale, cet article vous aidera à choisir le bon matériau pour vos applications.
Quand appliquer les traitements thermiques
Les traitements thermiques peuvent être appliqués aux alliages métalliques tout au long du processus de fabrication.Pour les pièces usinées CNC, les traitements thermiques sont généralement appliqués soit :
Avant l'usinage CNC : lorsqu'une qualité standardisée d'un alliage métallique est demandée et facilement disponible, le fournisseur de services CNC usinera les pièces directement à partir de ce matériau de stock.C'est souvent la meilleure option pour réduire les délais.
Après usinage CNC : Certains traitements thermiques augmentent significativement la dureté de la matière ou sont utilisés comme étape de finition après formage.Dans ces cas, le traitement thermique est appliqué après l'usinage CNC, car une dureté élevée réduit l'usinabilité d'un matériau.Par exemple, il s'agit d'une pratique courante lors de l'usinage CNC de pièces en acier à outils.
Traitements thermiques courants pour les matériaux CNC
Recuit, détensionnement et revenu
Le recuit, le revenu et la relaxation des contraintes impliquent tous le chauffage de l'alliage métallique à une température élevée et le refroidissement ultérieur du matériau à une vitesse lente, généralement à l'air ou au four.Ils diffèrent par la température à laquelle le matériau est chauffé et par l'ordre dans le processus de fabrication.
Lors du recuit, le métal est chauffé à très haute température puis refroidi lentement pour obtenir la microstructure souhaitée.Le recuit est généralement appliqué à tous les alliages métalliques après le formage et avant tout traitement ultérieur pour les ramollir et améliorer leur usinabilité.Si un autre traitement thermique n'est pas spécifié, la plupart des pièces usinées CNC auront les propriétés matérielles de l'état recuit.
La relaxation des contraintes implique le chauffage de la pièce à une température élevée (mais inférieure au recuit) et est généralement utilisée après l'usinage CNC, pour éliminer les contraintes résiduelles créées par le processus de fabrication.De cette façon, des pièces aux propriétés mécaniques plus constantes sont produites.
Le revenu chauffe également la pièce à une température inférieure au recuit, et il est généralement utilisé après la trempe (voir section suivante) des aciers doux (1045 et A36) et des aciers alliés (4140 et 4240) pour réduire leur fragilité et améliorer leurs performances mécaniques.
Trempe
La trempe implique le chauffage du métal à une température très élevée, suivi d'une étape de refroidissement rapide, généralement en trempant le matériau dans de l'huile ou de l'eau ou en l'exposant à un courant d'air frais.Le refroidissement rapide « verrouille » les modifications de la microstructure que le matériau subit lorsqu'il est chauffé, ce qui donne des pièces d'une très grande dureté.
Les pièces sont généralement trempées comme dernière étape du processus de fabrication après l'usinage CNC (pensez aux forgerons trempant leurs lames dans l'huile), car une dureté accrue rend le matériau plus difficile à usiner.
Les aciers à outils sont trempés après usinage CNC pour obtenir leurs propriétés de dureté de surface très élevées.Un processus de revenu peut ensuite être utilisé pour contrôler la dureté résultante.Par exemple, l'acier à outils A2 a une dureté de 63-65 Rockwell C après trempe mais peut être revenu à une dureté comprise entre 42 et 62 HRC.La trempe prolonge la durée de vie de la pièce, car elle réduit la fragilité (les meilleurs résultats sont obtenus pour une dureté de 56-58 HRC).
Durcissement par précipitation (vieillissement)
Le durcissement par précipitation ou le vieillissement sont deux termes couramment utilisés pour décrire le même processus.Le durcissement par précipitation est un processus en trois étapes : le matériau est d'abord chauffé à haute température, puis trempé et finalement chauffé à une température plus basse pendant une longue période de temps (vieilli).Cela amène les éléments d'alliage qui apparaissent initialement sous forme de particules discrètes de composition différente à se dissoudre et à se répartir uniformément dans la matrice métallique, de la même manière que les cristaux de sucre se dissolvent dans l'eau lorsque la solution est chauffée.
Après durcissement par précipitation, la résistance et la dureté des alliages métalliques augmentent considérablement.Par exemple, le 7075 est un alliage d'aluminium, couramment utilisé dans l'industrie aérospatiale, pour fabriquer des pièces de résistance à la traction comparable à l'acier inoxydable, tout en ayant moins de 3 fois le poids.
Cémentation & cémentation
La cémentation est une famille de traitements thermiques qui donnent des pièces avec une dureté élevée sur leur surface, tandis que les matériaux de base restent mous.Ceci est souvent préféré à l'augmentation de la dureté de la pièce dans tout son volume (par exemple, par trempe), car les pièces plus dures sont également plus fragiles.
La carburation est le traitement thermique de cémentation le plus courant.Elle implique le chauffage des aciers doux dans un environnement riche en carbone et la trempe ultérieure de la pièce pour verrouiller le carbone dans la matrice métallique.Cela augmente la dureté de surface des aciers de la même manière que l'anodisation augmente la dureté de surface des alliages d'aluminium.
Heure de publication : 14 février 2022