Travail des Métaux
Dans cet article, le traitement thermique et le travail des métaux seront abordés. Le travail des métaux peut être considéré comme des processus métallurgiques qui modifient les propriétés des métaux.
Traitement Thermique
Le traitement thermique de grands composants en acier au carbone est réalisé pour exploiter les défauts cristallins et leurs effets, afin d'obtenir certaines propriétés ou conditions souhaitées.
Lors de la fabrication, en variant la vitesse de refroidissement (trempe) du métal, la taille et les motifs des grains sont contrôlés. Les caractéristiques des grains sont ajustées pour produire différents niveaux de dureté et de résistance à la traction. En général, plus un métal est refroidi rapidement, plus les tailles de grains seront petites, ce qui rend le métal plus dur. À mesure que la dureté et la résistance à la traction augmentent dans l'acier traité thermiquement, la ténacité et la ductilité diminuent.
La vitesse de refroidissement utilisée lors de la trempe dépend de la méthode de refroidissement et de la taille du métal. Un refroidissement uniforme est crucial pour éviter la distorsion. Typiquement, les composants en acier sont trempés dans de l'huile, de l'eau ou une émulsion des deux.
Le soudage peut induire des contraintes internes qui subsistent dans le matériau après la fin du soudage. Dans les aciers inoxydables, tels que le type 304, le réseau cristallin est cubique à faces centrées (austénite). Lors du soudage à haute température, certains métaux environnants peuvent atteindre une température comprise entre 500°F (260°C) et 1000°F (537°C). Dans cette plage de température, l'austénite est transformée en une structure de réseau cubique centré sur le corps (bainite). Lorsque le métal refroidit, les régions entourant la soudure contiennent de l'austénite originale et de la bainite nouvellement formée. Un problème se pose car le « facteur de remplissage » (PF = volume des atomes/volume de la maille unitaire) n'est pas le même pour les cristaux CFC que pour les cristaux CCC.
La bainite qui s'est formée occupe plus d'espace que le réseau d'austénite original. Cet allongement du matériau provoque des contraintes résiduelles de compression et de traction dans le matériau. Les contraintes de soudage peuvent être minimisées en utilisant le soudage avec dissipateur thermique, ce qui entraîne des températures métalliques plus basses, ou par recuit.
Le recuit est un autre processus de traitement thermique courant pour les composants en acier au carbone. Lors du recuit, le composant est chauffé lentement à une température élevée et maintenu à cette température pendant une longue période, puis refroidi. Le processus de recuit est effectué pour obtenir les effets suivants:
a. Pour adoucir l'acier et améliorer la ductilité.
b. Pour relâcher les contraintes internes causées par des processus antérieurs tels que le traitement thermique, le soudage ou l'usinage.
c. Pour affiner la structure des grains.
Travail à Froid et à Chaud
La déformation plastique qui est effectuée dans une région de température et sur un intervalle de temps tels que l'écrouissage n'est pas soulagé, est appelée travail à froid. Une connaissance considérable de la structure de l'état écroui à froid a été obtenue. Aux premiers stades de la déformation plastique, le glissement se fait essentiellement sur les plans de glissement primaires et les dislocations forment des réseaux coplanaires. À mesure que la déformation progresse, le glissement croisé a lieu. La structure écrouie à froid forme des régions à haute densité de dislocations qui se développent rapidement en réseaux. La taille des grains diminue avec la déformation à faible déformation mais atteint rapidement une taille fixe. Le travail à froid diminue la ductilité.
Le travail à chaud fait référence au processus où les métaux sont déformés au-dessus de leur température de recristallisation et l'écrouissage ne se produit pas. Le travail à chaud est généralement effectué à des températures élevées. Le plomb, cependant, est travaillé à chaud à température ambiante en raison de sa basse température de fusion. À l'autre extrême, le molybdène est travaillé à froid même à des températures relativement élevées en raison de sa haute température de recristallisation.
La résistance des métaux à la déformation plastique diminue généralement à des températures plus élevées. Pour cette raison, les sections massives plus grandes sont toujours travaillées à chaud par forgeage, laminage ou extrusion.
Résumé
Les informations importantes de cette section sont résumées ci-dessous:
Résumé des Effets du Traitement Thermique sur les Propriétés des Métaux
- Trempe
La variation de la vitesse de refroidissement (trempe) du métal contrôle la taille et les motifs des grains.
Les caractéristiques des grains sont ajustées pour produire différents niveaux de dureté et de résistance à la traction.
La dureté et la résistance à la traction augmentent dans l'acier traité thermiquement ; la ténacité et la ductilité diminuent. - Soudage
Produit des contraintes résiduelles de compression et de traction.
Les contraintes sont minimisées en utilisant le soudage avec dissipateur thermique et le recuit. - Recuit
Adoucit l'acier et améliore la ductilité.
Relâche les contraintes internes causées par des processus antérieurs.
Affine la structure des grains.