Séance 5 : Etude métallographique des structures de trempe - Influence de la vitesse de refroidissement

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1 Séance 5 : Etude métallographique des structures de trempe - Influence de la vitesse de refroidissement Dégraisser les 2 échantillons. Polissage miroir Polissage miroir de la face non-billée Papiers abrasifs successifs : puis rinçage (eau + alcool) et séchage Pâte diamantée 6 µm puis rinçage (eau + alcool) et séchage Polissage à deux mains!! Mise en évidence des structures de trempe par attaques successives de 6 secondes au réactif nital puis neutralisation (eau + alcool) et séchage Observation des structures de trempe au microscope Nikon Grossissements successifs : X50 X100 X200 X400 Comparer les structures que vous observez après les deux traitements thermiques. Comparer les également à la structure après recuit observée lors de la séance 3. Les structures doivent être en complète correspondance avec les duretés obtenues lors de la séance 4. En comparant vos résultats à ceux des autres trinômes, valider les effets suivants : La trempabilité d un acier est fonction de sa teneur en carbone. Plus la teneur en carbone est élevée, plus il est facile (possible) de «faire» de la martensite. La dureté de la martensite est fonction de la teneur en carbone de l acier. Plus la teneur en carbone est élevée, plus la martensite est dure.

2 Rappels et définitions : o Nital : Solution d acide nitrique (6 à 10%) très fortement diluée dans de l alcool éthylique. o Ferrite : Solution solide terminale ou primaire, d insertion de carbone dans du fer de structure cubique centrée. Solubilité maximale en carbone = 0,02% o Cémentite : Carbure de fer Fe 3 C (structure orthorhombique) - Phase riche en carbone du diagramme métastable. %C at = 25% - %C masse = 6,67%. o Perlite : Agrégat constitué de lamelles alternées de ferrite et de cémentite. %C = 0,85%. o Trempe martensitique = traitement thermique en deux étapes : 1. Austénitisation par chauffage lent et progressif jusqu à la température Ac 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. 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. o Conséquences de la trempe sur les propriétés mécaniques : Rm, Re, Re/Rm 1, A%, H et KCU.

3 Austénitisation Trempe martensitique C + atomes de carbone dans Fe 3 C de structure orthorhombique Rm = 720 Mpa Re = 400 Mpa A% = 20% Rm = 2000 Mpa Re = 2000 Mpa A% = 0%

4 Traitements thermiques des aciers L objectif des traitements thermiques est de modifier les caractéristiques mécaniques d un matériau en vue d une application donnée. L austénitisation La possibilité de traiter thermiquement un acier est soumise à une condition indispensable : «Avoir 100% d austénite avant le refroidissement». C est ce qu on appelle l austénitisation. Paramètres d austénitisation : T a, la température d austénitisation. t a, la durée ou le temps de maintien à haute température. Influence de la vitesse de refroidissement.

5 Traitements thermiques des aciers Différents types de refroidissement T T a lent (four fermé). tjrs en état d équilibre thermodynamique extrapolation au diagramme d équilibre thermodynamique à l eau Dureté à l huile four ouvert à l air t Transf. quasi-instantanée, Transformations avec diffusion sans diffusion ou martensitique. utilisation du diagramme TRC Diagramme TRC de l acier 35 CD4 Austénitisé à 850 C pendant 30 mn Indice des grains : 9

6 Carbure de titane dans une matrice bainito-martensitique. Structure bainito-martensitique avec des grains de ferrite.

7 o En général, une trempe martensitique est suivie d un revenu ou traitement thermique qui a pour objectif d atténuer les effets négatifs de la trempe : diminuer la fragilité (KCU ) sans trop diminuer la dureté et l élasticité. Influence de la température de revenu. Ajustement des caractéristiques mécaniques Influence des paramètres du revenu sur les caractéristiques mécaniques Dureté HRC ( 20 + log t ) P = Tr Tr en K et t r r en h Acier au molybdène : 0,35% C et 5% Mo Paramètre d'hollomon et Jaffé : P x 10-3 Attention à la fragilisation par le revenu!!!