trempe

La trempe est l'immersion soudaine d'une pièce métallique chauffée dans un liquide ou parfois un gaz pour arrêter son refroidissement à un point précis. La vitesse de ce refroidissement est essentielle: elle emprisonne le métal dans une microstructure dure qui s'adoucirait s'il était laissé à refroidir lentement à l'air. La température du métal lors de la trempe varie généralement de 750 à 900 degrés Celsius, selon l'alliage et la dureté visée.

Le milieu de trempe le plus courant est l'eau, qui refroidit l'acier environ dix fois plus vite que l'air immobile. L'huile est plus douce, refroidissant plus lentement et réduisant le risque de fissuration ou de déformation dans les formes complexes; elle est standard pour les aciers à outils et pour les pièces où la fragilité doit être équilibrée avec la dureté. La saumure (eau salée) refroidit plus vite que l'eau douce. Les applications plus récentes utilisent le sel fondu, le soufflage d'air ou les solutions polymères, chacun choisi en fonction de la composition de l'alliage et de la géométrie de la pièce.

La dureté de l'acier provient d'une transformation de phase: l'austénite (la structure cristalline à haute température) veut revenir à la ferrite et à la perlite plus douces à mesure qu'elle refroidit. La trempe rapide piège le métal dans une phase intermédiaire appelée martensite, qui est dure mais aussi fragile. La vitesse doit être contrôlée: trop lente et vous obtenez un métal mou, trop rapide et la pièce se fissure à cause des contraintes internes. La trempabilité de l'alliage, qui dépend de la teneur en carbone et des éléments d'alliage comme le chrome ou le molybdène, détermine la vitesse de refroidissement nécessaire pour atteindre la pleine dureté sur toute l'épaisseur.

La fissuration de trempe est le principal mode de défaillance. Les contraintes dues au refroidissement plus rapide de l'extérieur que de l'intérieur, combinées à l'expansion volumique de la formation de martensite, peuvent fendre la pièce. Les formes complexes avec des sections minces et épaisses sont particulièrement à risque. La déformation et parfois des points plus mous près de la surface (trempe incomplète) sont d'autres défauts courants.

La trempe est toujours suivie d'un revenu, un réchauffage contrôlé à une température plus basse (généralement de 150 à 400 degrés Celsius) qui soulage les contraintes internes et augmente la ténacité de la martensite, rendant le métal utilisable plutôt que fragile. Le cycle de trempe et revenu est fondamental pour la fabrication d'outils de coupe, de ressorts, d'engrenages et de tout composant en acier de précision qui doit résister à l'usure ou aux chocs.