La trempe est une phase essentielle du traitement thermique des métaux, qui consiste à refroidir rapidement un objet métallique pour obtenir ou modifier des qualités telles que la dureté, la résistance ou la ténacité.

Le refroidissement rapide réduit le temps d'exposition du métal à des températures élevées et le protège des défauts. De plus, le métal peut subir des altérations en fonction de la méthode d'application et du support.

L'air, l'huile, l'eau et la saumure sont quelques agents de trempe typiques.

L'huile est largement utilisée pour la trempe car elle transfère rapidement la chaleur sans déformer le métal de manière significative. Même si les produits de trempe caustiques à base d'eau sont plus rapides, la force avec laquelle ils agissent peut provoquer l'éclatement ou la déformation de certains matériaux.

La différence entre l'huile et l'eau est le principal point abordé dans cet article.

Qu'est-ce que le processus de trempe ?

La trempe est un processus de refroidissement rapide qui entraîne le durcissement des matériaux. La vitesse de trempe dépend de la qualité du matériau, de l'application et de la composition des éléments d'alliage. En outre, plusieurs propriétés du milieu de trempe l'influencent également.

En théorie, avant la trempe, un métal ou un verre est chauffé au-delà de sa température normale. Il est ensuite soumis à un refroidissement rapide pour éliminer immédiatement la chaleur. La trempe permet de modifier les propriétés de la structure cristalline d'un matériau qui sont perdues lors du chauffage.

La température de trempe d'un objet doit toujours être supérieure à sa température de recristallisation, mais inférieure à sa température de fusion.

Étapes du processus de trempe

Deux personnes travaillant autour de la piscine de fusion de l'acier

La trempe se déroule généralement en trois étapes lorsqu'une pièce chaude se rapproche de l'agent de trempe liquide. Ces étapes définissent le changement des caractéristiques de l'agent de trempe et du matériau. Les trois étapes sont les suivantes :

• Stade vapeur
• Stade d'ébullition du nucléat
• Phase de convection

Passons maintenant à leur examen approfondi.

Stade vapeur

La phase de vaporisation intervient lorsque la surface chaude du composant entre en contact avec l'agent de trempe liquide, ce qui entraîne la formation d'un bouclier vaporeux autour de l'élément. La conduction se produit dans une certaine mesure pendant la phase de vaporisation.

Cependant, à ce stade, la principale méthode de transport de la chaleur est le rayonnement à travers la couverture de vapeur. La couverture formée est relativement stable.

Le seul moyen d'accélérer son élimination est l'agitation ou l'ajout de différents additifs. De plus, il est préférable que cette étape soit la plus brève possible

En effet, il contribue de manière significative aux zones molles qui se développent au cours de la trempe, ce qui peut entraîner l'apparition de micro-constituants indésirables si on les laisse se développer.

Stade d'ébullition du nucléat

C'est la deuxième étape après la phase de vapeur. Elle commence lorsque le fluide plus proche de la surface du matériau commence à bouillir et que la phase de vapeur commence à s'effondrer. C'est l'étape la plus rapide du refroidissement d'un composant donné.

Grâce à la transmission de la chaleur de la surface chauffée et à l'absorption subséquente dans le liquide de trempe, il est possible d'obtenir des taux d'extraction de chaleur substantiels, ce qui permet au liquide refroidi de prendre sa place à la surface.

Plusieurs produits de trempe contiennent des additifs qui augmentent la vitesse maximale de refroidissement d'un fluide. L'ébullition se termine lorsque la température de surface du composant tombe en dessous du point d'ébullition du liquide.

Pour les composants sujets à la déformation, les milieux tels que les huiles et les sels à haute température donnent de bons résultats, sans quoi les matériaux risquent de devenir cassants et de s'abîmer rapidement au cours des applications souhaitées.

Stade convectif

La convection est l'étape finale du processus. Elle se produit lorsque le matériau atteint une température inférieure au point d'ébullition de l'agent de trempe. L'étape de la convection implique un transfert de chaleur à travers le fluide en vrac, et son point de départ est la conduction.

C'est l'étape la plus lente car le transfert de chaleur prend beaucoup de temps pour atteindre toutes les molécules présentes dans la masse. Le contrôle de l'évacuation de la chaleur par convection implique de nombreuses variables, notamment la chaleur spécifique du liquide de trempe et sa conductivité thermique.

La différence de température entre l'agent de trempe et le matériau peut affecter le processus de convection. En général, la plupart des déformations se produisent à ce stade.

Les trois étapes de trempe ci-dessus se déroulent dans l'ordre à un endroit donné. Néanmoins, en fonction de la géométrie de la pièce et de l'agitation, les différentes zones commenceront les différentes phases à des moments différents.

Les trois phases du processus de trempe

Milieux de trempe

La trempe s'effectue dans n'importe quel milieu, et voici la liste de 4 milieux différents. Chacun a des avantages et des inconvénients, en fonction de ses propriétés, des éléments en contact, du temps, des lois sur le transfert de chaleur et des relations.

1. Air : Utilisation d'une température ambiante normale pour refroidir le matériau chauffé
2. Brin : Une solution de sel et d'eau est le moyen de refroidissement le plus rapide lors de la trempe.
3. Huile : Une alternative fiable et plus rapide à l'air pour la trempe.
4. L'eau : Plus rapide que l'air ou l'huile pour refroidir les liquides.

Bien que la littérature contienne de nombreuses informations sur les milieux susmentionnés, examinons les deux principaux, l'huile et l'eau.

Trempe à l'eau

L'eau a la propriété de refroidir le matériau plus rapidement que l'huile et l'air. La trempe dans l'eau est donc un processus rapide.

• La procédure de trempe à la saumure a une réaction beaucoup plus dure lors du refroidissement que toute autre, l'eau de trempe étant la méthode la plus efficace.
• Avant ce processus, l'eau doit être à température ambiante ou à la température souhaitée. Ensuite, lorsque le matériau chauffé est placé dans l'eau de refroidissement, il change de phase en fonction des étapes.
• Les résultats sont plus rapides dans le cas de la trempe à l'eau. Un autre avantage est qu'il s'agit d'une méthode de refroidissement rapide. C'est donc la moins coûteuse en termes d'argent et de temps. Cependant, il va de soi que la rapidité des résultats s'accompagne également d'inconvénients significatifs.
• L'inconvénient de cette vitesse rapide ou instantanée est que les produits finis sont rigides, fragiles et facilement cassables. Le matériau trempé peut être étiqueté comme étant de bonne ou de mauvaise qualité.
• La trempe à l'eau est une option viable dans le cas de la trempe de l'acier. La raison en est que l'acier a un mode de refroidissement unique qui peut être obtenu par l'eau. L'acier carbonisé se réchauffe au-dessus de sa température de recristallisation.
• En refroidissant immédiatement l'acier, la trempe à l'eau empêche l'acier de fondre à ce stade, alors qu'il fondrait autrement s'il n'était pas arrêté. Par conséquent, la trempe à l'eau est plus adaptée à l'acier que les autres milieux.

Trempe à l'huile

La trempe à l'huile est l'une des techniques de trempe les plus populaires dans le secteur de la trempe des métaux. Cette méthode optimale de trempe des alliages métalliques leur confère la dureté et la puissance nécessaires sans qu'ils ne deviennent rigides et cassants au cours du processus.

La trempe à l'huile présente plusieurs avantages, mais le principal est qu'elle se réchauffe plus lentement que les autres milieux de trempe et qu'elle refroidit plus longtemps, ce qui confère au matériau chauffé une plus grande stabilité et un temps de durcissement plus long.

Cette méthode est donc préférable aux méthodes à l'eau, à l'air ou à la saumure, car elle réduit le risque de déformation ou de fissuration du corps du métal trempé.

La trempe est un processus de refroidissement rapide

Différence entre la trempe à l'eau et la trempe à l'huile

L'eau et l'huile sont deux types de fluides différents. Tous deux se distinguent par certains aspects et se comportent différemment lors de la trempe. Le tableau ci-dessous donne un aperçu des disparités entre les deux fluides.

Déshydratation à l'eau et déshydratation à l'huile

Conclusion

• Les nuances, les applications et la composition des éléments d'alliage de l'acier influencent la vitesse de trempe.
• La vitesse de refroidissement d'une substance dépend également des caractéristiques de l'agent de trempe. Cet article a mis l'accent sur les milieux huileux et aqueux, qui sont tous deux uniques en fonction des différentes applications.
• L'huile est idéale pour la trempe car elle transmet rapidement la chaleur sans altérer le métal. Bien que les produits de trempe caustiques à base d'eau soient plus rapides, la puissance avec laquelle ils agissent peut fracturer ou déformer certains matériaux.