Quelques définitions : Traitement thermique





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titreQuelques définitions : Traitement thermique
date de publication19.10.2016
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UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI TIZI OUZOU

FACULTE DU GENIE DE LA CONSTRUCTION

DEPARTEMENT DE GENIE MECANIQUE

ummt
TP n°1 Mise ne évidence de l’influence de durée d’austénitisation sur les propriétés d’aciers trempés

Contenu :

Introduction :

Le but du TP :

Quelques définitions : Traitement thermique :

L'austénitisation :

Trempe martensitique :

Partie expérimentale :  1-Matériels nécessaires :

2-Lés étapes suivies :

3-La courbe HRC= f(t) :

4-Interprétation des résultats :

Conclusion :


Réalisé par :

Chargé de TP : Melle AKILAL
Introduction :

L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction mécanique.

L’acier est constitué d’au moins deux éléments, majoritairement le fer puis le carbone dans des proportions comprises entre 0,02 % et 2 % en masse2.

C’est essentiellement la teneur en carbone qui confère à l’alliage les propriétés du métal qu’on appelle « acier ». Il existe d’autres métaux à base de fer qui ne sont pas des aciers comme les fontes.
Le but du TP :

Le but de cette expérience est de réaliser le traitement thermique de trempe, sur des échantillons de l’acier hypoeutectoïde 42CD4 ainsi que de mettre en évidence, par des mesures de dureté, l'influence du temps de chauffage pendant l’austénitisation sur les propriétés mécaniques de l’alliage étudié en relation avec la structure.

Hypoeutectoïdes : aciers qui contiennent moins de 0,8% de carbone
Traitement thermique :

Par traitement thermique, on désigne toute opération faite à chaud et destinée à modifier la microstructure d'un métal pour lui donner de nouvelles caractéristiques. Pour les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés, certains traitements sont quasi obligatoires pour obtenir une performance optimale. Ces traitements sont la trempe et le revenu. Ils permettent de modifier et d'ajuster les propriétés mécaniques de l'acier: limite élasticité, résistance à la traction, ténacité, dureté et résilience aux besoins de l'utilisation. D'autres traitements, normalement désignés comme recuits, visent à amener le métal vers un équilibre structural et mécanique. Ils ont donc pour but de faire disparaître les états hors équilibre résultant des traitements antérieurs, thermiques ou mécaniques.
L'austénitisation :

L'austénitisation consiste d'abord à chauffer l'acier puis de le maintenir pendant environ 30 minutes dans son domaine austénitique, à au moins quelques degrés (30-50°C) au-dessus de son point de transformation. Durant l'austénitisation, la structure de l'acier s'homogénéise en transformant les éléments microstructuraux ferritiques ( cc ) en austénite ( cfc ) et en dissolvant la cémentite et les carbures dans l'austénite.
Trempe martensitique :

C’est un traitement thermique en deux étapes :

1. Austénitisation par chauffage lent et progressif jusqu’à la température Ac3 + 50°C, suivi d’un maintien dont la durée est fonction de la massivité de la pièce, pour favoriser la diffusion des divers éléments d’alliage (en particulier le carbone).

2. Refroidissement brutal obtenu par une trempe à l’eau ou à l’huile, provoquant le cisaillement d’un réseau sursaturé en carbone et l’apparition d’une structure en aiguilles : la martensite. Cette transformation est quasi-instantanée et donc sans diffusion.

Partie expérimentale 

1-Matériels nécessaires :

-05 échantillons prélevés d’un même acier hypoeutectoïde 42cd4.

-Un four a moufle.

-Une table de polissage.

-Un microscope optique relié à un ordinateur a l’aide d’une camera.

-Un duromètre.

-Un chronomètre.
2-Lés étapes suivies :

  • Préparation des 05 échantillons de l’acier 42cd4, on mesure la dureté d’un échantillon à l’état initial et on examine aussi sa structure au microscope optique.

  • On chauffe les 04 échantillons restants pendant les temps de maintien suivants : 15min, 30min, 45min, 90min a une température AC3+50°C ~ 850°C

  • Après chaque temps correspondant, on retire un échantillon du four et on lui fait subir une trempe dans un bain d’huile.

  • Après avoir retiré tout les échantillons du four et les avoir trempé dans le même fluide, on procède a la préparation des surfaces de ces derniers pour l’observation au microscope, ceci passe par un dégraissage et un polissage miroir des faces à l’aide :

    • de papiers abrasifs successifs suivis d’un rinçage (eau) et d’un séchage.

    • puis d’une pâte diamantée suivi à nouveau d’un rinçage (eau) et d’un séchage.

    • Enfin nous avons fait une mise en évidence de la structure par attaque chimique suivie d’une neutralisation (eau) et d’un séchage.

  • Après l’observation au microscope et la prise d’image des différentes microstructures, on calcule la dureté HRC des échantillons à l’aide d’un durométre



  • Les résultats sont représentés dans le tableau suivant :



Echantillon

mesures

« 1 »

« 2 »

« 3 »

« 4 »

Moyenne

15 min

22.00

24.00

23.00

23.00

23.00

30min

24.00

23.00

23.00

24.00

24.00

45min

21.50

20.00

19.00

20.00

20.125

90min

17.00

18.00

19.00

18.00

18.125

Livraison

9.00

10.00

05.00

08.00

8.00



  • Tableau récapitulatif de notre expérience :






Température

de

chauffage

Temps

de

maintien

Fluide

de

trempe

Dureté HRC

« 1 »

850°C

15min

Huile

23

« 2 »

850°C

30min

Huile

24

« 3 »

850°C

45min

Huile

20.125

« 4 »

850°C

90min

Huile

18.125

Livraison

-

-

-

8



3-La courbe HRC= f(t) :

4-Interprétation des résultats :

Une trempe martensitique (c'est-à-dire l’austénitisation par chauffage lent et progressif, suivi d’un maintien dont la durée diffère dans notre TP, puis d’un refroidissement brutal obtenu par une trempe à l’eau ou à l’huile, provoquant le cisaillement d’un réseau sursaturé en carbone et l’apparition d’une structure en aiguilles : la martensite.) permet d’augmenter la dureté d’un acier.

Plus le refroidissement après austénitisation est brutal, plus la structure de l’acier obtenu est dure.

Plus la teneur en carbone d’un acier est importante, plus sa structure après une trempe martensitique sera dure. En effet, le refroidissement brutal provoque l’apparition d’une structure en aiguilles (la martensite) et plus cette structure sera saturée en carbone, plus elle sera dure.
Lorsque l’on monte un acier en température, la taille des grains a tout d’abord tendance à diminuer, puis à augmenter fortement. Lors d’une trempe, la température à laquelle l’acier monte est telle que l’on reste dans la phase d’augmentation de la taille de grain (850°C).

h:\s6 42cd4 1\42cd4 l g200.jpg

1-Echantillon brute :

Sa dureté est très faible (8 HRC => valeur erronée)

Cela revient à sa faible teneur en carbone.

Dans sa microstructure on voit les deux phases existantes la ferrite (zones claires) et la perlite (zones sombre)
h:\s6 42cd4 1\42cd t30 g200 2.jpg

2-Echantillon 3 à 30 minutes de maintien :

La dureté de cet échantillon est la plus élevée (24 HRC)

Donc on peut dire que c’est le temps optimale d’austénitisation où l’austénite est totalement transformée en martensite ce qui donne une grande dureté a notre matériau.


Résultat :

Donc comme résultat on peut dire qu’à une température de AC3+50 (850°C) et à un temps de maintien de 30minutes la transformation de l’austénite est complète => Apparition d’une structure en aiguilles (la martensite) très dure HRC=24


Au-delà de 30minute (temps de maintient) :

Donc à 45 et a 90minutes de maintien la transformation austénite martensite est complète mais la dureté est inferieure à celle trouvée pour 30minutes (24HRC) cela revient au phénomène de la surchauffe. Dans les microstructures on remarque un grossissement de grains ce qui diminue la dureté de nos échantillons.

h:\s6 42cd4 1\42cd4 t90g200.jpgh:\s6 42cd4 1\42cd t45g200 2.jpg


t =45minuted (×200) t = 90minutes (×200)


h:\s6 42cd4 1\42cd t15g200.jpg

Au deçà de 30minutes (temps de maintient) :

C-à-d à 15minutes de maintient, la dureté est égale à 23HRC < 24HRC cela revient au fait que l’austénite n’est pas totalement transformée en martensite.

Le temps d’austénitisation optimal est de 30minutes => dureté max = 24HRC
Conclusion :
Les caractéristiques physiques définissants l’état d’un matériau sont liés entre elles par des relations. Des traitements thermiques dans la masse ou en surface d’un matériau permettent ainsi de modifier ces caractéristiques telles que la trempe, le recuit ou encore le revenu.

A l’aide de ces différentes méthodes et techniques, nous pouvons ainsi critiquer et même faire le choix du matériau le mieux adapté, nous pouvons comprendre et décider l’utilisation de tel ou tel traitement thermique (choix de la température d’austénitisation, temps de maintient et le fluide de trempe), tout ceci pour répondre à une application donnée.

Les critères de choix se feront donc suivant les fonctions principales de la pièce en service, c’est-à-dire ces conditions de sollicitation, son mode de mise en charge, le milieu environnant, la température d’utilisation, etc.


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