Capsule # 3 Les aciers à outils (suite)
Comme nous l’avons vu dans le premier article sur les aciers à outils, il faut déterminer les propriétés mécaniques recherchées pour cette application.
Nous devons ensuite passer à l’étape suivante, soit augmenter la dureté des outils. Du même coup, nous allons accroître les propriétés mécaniques.
Pour augmenter la dureté
La clé se situe au niveau du carbone (C). En effet, la quantité de carbone contenue dans l’acier déterminera la dureté atteignable. Par exemple, pour obtenir une dureté de 60 HRC, l’acier doit avoir au moins 0.6% de carbone (C).
Les éléments d’alliage interviennent sur la trempabilité ainsi que sur la pénétration du durcissement à travers la section de la pièce à tremper.
l’analyse chimique
Donc, pour résumer, l’analyse chimique des aciers à outils pourrait ressembler à ceci :
Carbone C minimum de 0.6%
Manganèse Mg à différents niveaux, forment des carbures avec le Carbone (C)
Chrome Cr à différents niveaux, forment des carbures avec le Carbone (C)
Molybdène Mo à différents niveaux, forment des carbures avec le Carbone (C)
Tungstène Tg à différents niveaux, forment des carbures avec le Carbone (C)
Vanadium V à différents niveaux, forment des carbures avec le Carbone (C)
Phosphore Ph élément indésirable ajouté pour faciliter l’usinage
Sulfures S élément indésirable ajouté pour faciliter l’usinage
Balance Fe composé de fer (Fe) et de Ferro-Alliages
Note : Certains de ces éléments ne sont pas nécessairement présents dans tous les aciers.
Contrairement à la plupart des autres métaux, les aciers à outils ne sont généralement pas vendus dans la condition d’utilisation à part quelques rares exceptions, à savoir : 4140HT, 4340HT, P-20, SS420HT.
Les aciers sont vendus en condition RECUIT (annealed). Ils ne sont pas très durs et faciles à machiner. Les clients usinent les pièces et généralement ont recours à une entreprise spécialisée dans les traitements thermiques pour effectuer la trempe.
LE PROCÉDÉ DE TRAITEMENT THERMIQUE
Le procédé de Traitement Thermique s’effectue normalement en quatre étapes :
Le préchauffage
- Le préchauffage des aciers à outils procure deux bénéfices importants. Premièrement, la plupart des aciers à outils sont sensibles aux chocs thermiques. Une augmentation soudaine de la température de 1500 à 2000 F peut causer la fracture de l’outil. Deuxièmement, lors de l’augmentation rapide de la température, la microstructure et le volume de certaines parties de l’outil changent plus rapidement que d’autres causant une déformation non-uniforme. Pour ces raisons, les aciers à outils doivent être préchauffés assez longtemps pour permettre d’atteindre une température uniforme.
La trempe
- CHAUFFER L’ACIER À UNE TEMPÉRATURE PLUS ÉLEVÉE QUE LE POINT ‘’CRITIQUE’’. Le Point Critique, également appelé ‘’température d’austénitisation’’ ou ‘’température de transformation’’. Durant cette opération, en maintenant la pièce au-delà de la température de transformation durant un certain temps (soaking time) la structure cristalline du fer FERRITE se transforme pour devenir une structure AUSTENITIQUE.
Le refroidissement
- REFROIDIR L’ACIER ASSEZ RAPIDEMENT POUR LE FAIRE DURCIR. L’acier doit être refroidi rapidement en utilisant de l’eau, huile, air, gaz sous pression, sous vide, dépendant de l’alliage utilisé, pour que la structure AUSTÉNITIQUE se transforme en structure MARTENSITIQUE. À cette étape, l’acier est à son plus dur. C’est aussi à cette étape que l’acier est le plus cassant. L’acier n’est pas utilisable dans un tel état.
Le revenus
- RÉCHAUFFER L’ACIER POUR TEMPÉRER LA STRUCTURE MARTENSITIQUE. Les structures trempées évoluent par réchauffage ou REVENU dont la température et dans une moindre mesure, le temps permet d’ajuster le niveau de dureté et de rétablir de meilleures propriétés de ductilité. Les températures de revenus se situent entre 400-1000 degrés F. Ce processus détendra la structure martensite et la rendra moins fragile. Et ce sera encore dur ! Environ 60 Rockwell C. Le but de tremper l’acier est de transformer la structure austénite (structure haute température) en martensitique (structure dure).
En conclusion
Il existe d’autres méthodes pour durcir les aciers, mais aujourd’hui, les nouveaux équipements et les procédures développées par les producteurs permettent d’obtenir des résultats exceptionnels qui font en sorte que plutôt que d’essayer de tremper avec des méthodes archaïques et obtenir des résultats décevants, les outilleurs préfèrent recourir à des spécialistes qui possèdent les équipements à la fine pointe et supportés par des métallurgistes aguerris.
