Une introduction au durcissement cryogénique
Le durcissement cryogénique est un processus qui utilise des températures cryogéniques - des températures inférieures à -150 ° C (-238 ° F) pour renforcer et améliorer la structure du grain d'un métal.
Le traitement cryogénique de certains métaux est connu pour fournir trois effets bénéfiques:
- Plus grande durabilité: Le traitement cryogénique favorise la transformation de l'austénite résiduelle présente dans les aciers traités thermiquement en acier martensitique plus dur. Cela entraîne moins d'imperfections et de faiblesses dans la structure des grains de l'acier.
- Résistance à l'usure améliorée: Le durcissement cryogénique augmente la précipitation des carbures d'eta. Ce sont des carbures fins qui agissent comme des liants pour soutenir la matrice de martensite, aidant à résister à l'usure et à la résistance à la corrosion.
- Soulagement du stress: Tous les métaux ont une contrainte résiduelle qui se crée lorsqu'ils se solidifient de leur phase liquide à une phase solide. Ces contraintes peuvent entraîner des zones faibles qui sont sujettes à l'échec. Le traitement cryogénique peut réduire ces faiblesses en créant une structure de grain plus uniforme.
Processus
Le procédé de traitement cryogénique d'une pièce métallique consiste à refroidir très lentement le métal à l'aide d'un azote liquide gazeux. Le processus de refroidissement lent de la température ambiante à la température cryogénique est important pour éviter les contraintes thermiques.
La pièce métallique est ensuite maintenue à une température d'environ -190 ° C (-310 ° F) pendant 20 à 24 heures avant que la température ne monte jusqu'à +149 ° C (+ 300 ° F).
Cette étape de trempe thermique est essentielle pour réduire toute fragilité qui pourrait être provoquée par la formation de martensite pendant le processus de traitement cryogénique.
Le traitement cryogénique change toute la structure d'un métal, pas seulement la surface. Ainsi, les avantages ne sont pas perdus à la suite d'un traitement ultérieur, comme le broyage.
Parce que ce procédé fonctionne pour traiter l'acier austénitique qui est retenu dans un composant, il n'est pas efficace dans le traitement des aciers ferritiques et austénitiques . Il est cependant très efficace pour améliorer les aciers martensitiques traités thermiquement, tels que les aciers à haute teneur en carbone et à haute teneur en chrome , ainsi que les aciers à outils.
Outre l' acier , le durcissement cryogénique est également utilisé pour traiter la fonte , les alliages de cuivre , l' aluminium et le magnésium . Le processus peut améliorer la durée de vie de ces types de pièces métalliques par des facteurs de deux à six.
Les traitements cryogéniques ont été commercialisés pour la première fois du milieu à la fin des années 1960.
Applications
Les applications pour les pièces métalliques traitées cryogéniquement comprennent, mais sans s'y limiter, les industries suivantes:
- Aérospatiale et défense (p.ex. plates-formes d'armement et systèmes de guidage)
- Automobile (p. Ex. Rotors de freins, transmissions et embrayages)
- Outils de coupe (par exemple, couteaux et forets)
- Instruments de musique (par exemple cuivres, cordes de piano et câbles)
- Médical (par exemple, outils chirurgicaux et scalpels)
- Sports (p. Ex. Armes à feu, matériel de pêche et pièces de bicyclettes)