Température et durée de trempe de la chaîne à rouleaux : analyse des principaux paramètres du procédé

Température et durée de trempe de la chaîne à rouleaux : analyse des principaux paramètres du procédé

Dans le domaine de la transmission mécanique,chaîne à rouleauxLa trempe est un composant essentiel, et ses performances influent directement sur l'efficacité et la fiabilité des équipements mécaniques. Ce traitement thermique fondamental, utilisé dans la production de chaînes à rouleaux, joue un rôle crucial dans l'amélioration de leur résistance, de leur dureté, de leur résistance à l'usure et de leur durée de vie en fatigue. Cet article explore en détail les principes de détermination de la température et de la durée de trempe des chaînes à rouleaux, les paramètres de traitement pour les matériaux courants, le contrôle du processus et les dernières avancées. L'objectif est de fournir des références techniques complètes aux fabricants de chaînes à rouleaux et aux acheteurs internationaux en gros, afin de les aider à mieux comprendre l'impact de la trempe sur les performances des chaînes et à prendre des décisions plus éclairées en matière de production et d'approvisionnement.

1. Concepts de base du refroidissement par chaîne à rouleaux
La trempe est un traitement thermique qui consiste à chauffer la chaîne à rouleaux à une température précise, à la maintenir à cette température pendant une durée déterminée, puis à la refroidir rapidement. Son objectif est d'améliorer les propriétés mécaniques de la chaîne, telles que la dureté et la résistance, en modifiant la structure métallographique du matériau. Le refroidissement rapide transforme l'austénite en martensite ou en bainite, conférant ainsi à la chaîne d'excellentes propriétés globales.

2. Base de détermination de la température de trempe
Points critiques des matériaux : Les chaînes à rouleaux fabriquées à partir de différents matériaux présentent des points critiques distincts, tels que Ac1 et Ac3. Ac1 correspond à la température la plus élevée de la zone biphasée perlite-ferrite, et Ac3 à la température la plus basse pour une austénitisation complète. La température de trempe est généralement choisie au-dessus de Ac3 ou Ac1 afin de garantir une austénitisation complète du matériau. Par exemple, pour les chaînes à rouleaux en acier 45, Ac1 est d'environ 727 °C, Ac3 d'environ 780 °C, et la température de trempe est souvent choisie aux alentours de 800 °C.
Composition des matériaux et exigences de performance : La teneur en éléments d’alliage influe sur la trempabilité et les performances des chaînes à rouleaux. Pour les chaînes à rouleaux à forte teneur en éléments d’alliage, comme les chaînes en acier allié, la température de trempe peut être augmentée afin d’améliorer la trempabilité et de garantir une bonne dureté et une bonne résistance du cœur. Pour les chaînes à rouleaux en acier à faible teneur en carbone, la température de trempe ne doit pas être trop élevée afin d’éviter une oxydation et une décarburation importantes, qui altèrent la qualité de surface.
Contrôle de la taille des grains d'austénite : des grains d'austénite fins permettent d'obtenir une structure martensitique fine après trempe, conférant ainsi à la chaîne à rouleaux une résistance et une ténacité accrues. Par conséquent, la température de trempe doit être choisie dans la plage permettant d'obtenir des grains d'austénite fins. De manière générale, les grains d'austénite ont tendance à croître avec la température, mais une augmentation appropriée de la vitesse de refroidissement ou la mise en œuvre de procédés d'affinage des grains permettent de limiter cette croissance.

3. Facteurs déterminant le temps de trempe

Dimensions et forme de la chaîne à rouleaux : les chaînes à rouleaux de grand diamètre nécessitent un temps d’isolation plus long afin de garantir un transfert de chaleur complet vers l’intérieur et une austénitisation uniforme de toute la section transversale. Par exemple, pour les rouleaux de grande taille, le temps d’isolation peut être prolongé en conséquence.

Méthode de chargement et d'empilage du four : Un chargement excessif du four ou un empilage trop dense entraînent un chauffage inégal de la chaîne à rouleaux, et par conséquent une austénitisation irrégulière. Lors de la détermination du temps de trempe, il est donc nécessaire de tenir compte de l'influence du chargement du four et de la méthode d'empilage sur le transfert de chaleur, d'augmenter en conséquence le temps de maintien et de veiller à ce que chaque rouleau de la chaîne bénéficie d'une trempe optimale.
Uniformité de la température du four et vitesse de chauffage : Un équipement de chauffage assurant une bonne uniformité de la température du four permet un chauffage homogène de toutes les parties de la chaîne à rouleaux. Le temps nécessaire pour atteindre une température identique est ainsi réduit, ce qui permet de diminuer le temps de maintien. La vitesse de chauffage influe également sur le degré d’austénitisation. Un chauffage rapide permet de réduire le temps nécessaire pour atteindre la température de trempe, mais le temps de maintien doit garantir une homogénéisation complète de l’austénite.

4. Température et durée de trempe des matériaux courants pour chaînes à rouleaux
chaîne à rouleaux en acier au carbone
Acier 45 : La température de trempe est généralement de 800 °C à 850 °C, et le temps de maintien est déterminé en fonction de la taille de la chaîne à rouleaux et de la charge du four, généralement de 30 à 60 minutes. Par exemple, pour les petites chaînes à rouleaux en acier 45, la température de trempe peut être fixée à 820 °C et le temps de maintien à 30 minutes ; pour les grandes chaînes à rouleaux, la température de trempe peut être augmentée à 840 °C et le temps de maintien à 60 minutes.
Acier T8 : La température de trempe est d'environ 780 °C à 820 °C et la durée de maintien est généralement de 20 à 50 minutes. La chaîne à rouleaux en acier T8 présente une dureté supérieure après trempe et peut être utilisée dans des applications de transmission soumises à des charges d'impact importantes.
chaîne à rouleaux en acier allié
Acier 20CrMnTi : La température de trempe est généralement de 860 °C à 900 °C, et le temps de maintien de 40 à 70 minutes. Ce matériau présente une bonne trempabilité et une bonne résistance à l’usure, et est largement utilisé dans les chaînes à rouleaux des secteurs automobile, moto et autres.
Acier 40Cr : La température de trempe est de 830 °C à 860 °C et le temps de maintien de 30 à 60 minutes. La chaîne à rouleaux en acier 40Cr présente une résistance et une ténacité élevées et est largement utilisée dans le domaine de la transmission industrielle.
Chaîne à rouleaux en acier inoxydable : Prenons l’exemple de l’acier inoxydable 304 ; sa température de trempe se situe généralement entre 1 050 °C et 1 150 °C, et la durée de maintien est de 30 à 60 minutes. La chaîne à rouleaux en acier inoxydable présente une bonne résistance à la corrosion et convient aux industries chimiques, alimentaires et autres.

5. Contrôle du processus de trempe
Contrôle du processus de chauffage : Utiliser un équipement de chauffage performant, tel qu’un four à atmosphère contrôlée, afin de maîtriser précisément la vitesse de chauffage et l’atmosphère du four et ainsi limiter l’oxydation et la décarburation. Lors du chauffage, réguler la vitesse de chauffe par paliers pour éviter toute déformation de la chaîne à rouleaux ou toute contrainte thermique due à une montée en température brutale.
Choix du milieu de trempe et contrôle du refroidissement : Sélectionnez un milieu de trempe adapté au matériau et aux dimensions de la chaîne à rouleaux (eau, huile, liquide de trempe polymère, etc.). L’eau refroidit rapidement et convient aux chaînes à rouleaux en acier au carbone de petite taille ; l’huile refroidit plus lentement et convient aux chaînes à rouleaux de grande taille ou en acier allié. Pendant le refroidissement, contrôlez la température, l’agitation et les autres paramètres du milieu de trempe afin d’assurer un refroidissement uniforme et d’éviter les fissures.
Traitement de revenu : Après trempe, la chaîne à rouleaux doit être revenue afin d’éliminer les contraintes résiduelles, de stabiliser sa structure et d’améliorer sa ténacité. La température de revenu est généralement comprise entre 150 °C et 300 °C, et la durée de maintien entre 1 h et 3 h. Le choix de la température de revenu dépend des exigences d’utilisation et de dureté de la chaîne. Par exemple, pour les chaînes à rouleaux nécessitant une dureté élevée, la température de revenu peut être réduite.

6. Les dernières avancées en matière de technologie de trempe
Procédé de trempe isotherme : En contrôlant la température du milieu de trempe, la chaîne à rouleaux est maintenue de manière isotherme dans la plage de températures de transformation austénitique-bainitique afin d'obtenir une structure bainitique. La trempe isotherme permet de réduire les déformations dues à la trempe, d'améliorer la précision dimensionnelle et les propriétés mécaniques de la chaîne à rouleaux, et convient à la production de chaînes à rouleaux de haute précision. Par exemple, les paramètres du procédé de trempe isotherme pour une chaîne en acier C55E sont les suivants : température de trempe de 850 °C, température de maintien à 310 °C et durée de maintien à 25 minutes. Après trempe, la dureté de la chaîne répond aux exigences techniques, et sa résistance, sa tenue à la fatigue et ses autres propriétés sont proches de celles des matériaux 50CrV traités selon le même procédé.
Procédé de trempe progressive : La chaîne à rouleaux est d’abord refroidie dans un milieu à haute température, puis dans un milieu à basse température, ce qui permet une transformation uniforme de ses structures interne et externe. La trempe progressive réduit efficacement les contraintes et les défauts de trempe, et améliore la qualité et les performances de la chaîne.
Technologie de simulation et d'optimisation informatique : L'utilisation d'un logiciel de simulation informatique, tel que JMatPro, permet de simuler le processus de trempe de la chaîne à rouleaux, de prédire les modifications de sa structure et de ses performances, et d'optimiser les paramètres de trempe. Grâce à la simulation, l'influence des différentes températures et durées de trempe sur les performances de la chaîne à rouleaux peut être appréhendée à l'avance, le nombre d'essais peut être réduit et l'efficacité de la conception du processus peut être améliorée.

En résumé, la température et la durée de trempe des chaînes à rouleaux sont des paramètres clés qui influencent leurs performances. En production, il est essentiel de choisir judicieusement ces paramètres en fonction du matériau, des dimensions, des exigences d'utilisation et d'autres facteurs liés à la chaîne, et de contrôler rigoureusement le processus de trempe afin d'obtenir des chaînes à rouleaux performantes et de haute qualité. Parallèlement, grâce aux progrès constants et à l'innovation des technologies de trempe, telles que la trempe isotherme, la trempe progressive et l'utilisation de la simulation numérique, la qualité et l'efficacité de la production de chaînes à rouleaux pourront être améliorées afin de répondre à la demande croissante du marché.