Trempe de l'acier

Principe:

        La trempe consiste à chauffer le métal à une température ou le carbone se dissout dans la matière (au dessus de A de la figure ci-dessous ), puis, à refroidir rapidement pour garder cette structure a température ambiante.

Juste une petite explication succincte pour se raccrocher aux sites spécialisés.
( sauter les explications )
( explications simplifiées )

En fait il existe deux états cristallins différents de l'acier selon l'organisation des atomes entre eux.
Le système  cubiques centrés (comme l'Atomium) et cubique à faces centrées où on a un atome au centre de chaque face.
Tout le jeu de la trempe consiste a obtenir un mélange des deux types de cristaux dans le métal et de garder cette structure à température normale.

Diagramme     FER - CARBONE ( même diagramme qu'a la page précédente,mais vue sous l'angle de le trempe)
Ce diagramme ( très simplifié ) représente les différents états de l'acier en fonction
        de la teneur en carbone
        et de la température.

On a :
En ordonnée (axe des X) la teneur en carbone
En abscisse (axe des Y) les températures.
 

Reprenons l'exemple d'un acier à 0.4% de carbone.

On le chauffe l'acier à 900°C, on a une solution solide homogène de fer et de carbone..
On a un certain système cristallin  dit "système cubique à faces centrées".

   Refroidissons DOUCEMENT
En A le métal se décompose et, au milieu de la solution solide, des grains de système cristallin dit cubique centré apparaissent car la solubilité du carbone diminue.
En B on a un mélange de cristaux cubiques à face centrées et cubiques centrés.
En C mélange de fer et de carbure de fer  (Fe3C).
       
L'acier qui a été chauffé au dessus de A puis refroidi lentement est dit recuit
car il a eu le temps de revenir à son état normal d'équilibre , ETAT le plus mou.

    Refroidissons RAPIDEMENT
Si maintenant, on refroidit rapidement à partir de 900°C  en trempant dans l'eau,
en B on a un mélange de cristaux cubiques à face centrées et cubiques centrés.
Ces cristaux n'ont pas la même densité.
La création de de grains de volumes différents dans un métal qui n'est plus très chaud, s'accompagne de distorsions des cristaux et d'efforts internes très grands.

        Le métal durcit par écrouissage et ce durcissement est d'autant plus grand que la température de la transformation est basse et rapide.

Il en résulte une suite de glissements de certains plans d'atomes les uns par rapport aux autres de façon très brutale.
Dans cet état( dit martensite ), le métal a une dureté très élevée à cause des efforts internes qui sont produits. Le métal est dit TREMPE.
Le métal est fragile, et si on le laisse tomber, il donne un son très cristallin caractéristique.

        En ramenant la température au dessus de 200°C  ( REVENU)  on peut atténuer les efforts internes et réduire la fragilité de l'acier.
Si on augmente la température et la durée du REVENU, la martensite se décompose lentement pour redonner les phases normales, le métal redevient mou.( perte de l'effet de la trempe). 

A retenir : en réchauffant l'acier on peut revenir à un état initial.. et si nécessaire, recommencer la trempe. (voir recuit ci dessous).

Autre facteur important : la durée de chauffe.


Si on chauffe trop longtemps, ou trop fort,
les grains ont tendance à grossir.
On perd alors la "qualité de coupe" de la lame.

Remarque :
Pour que pour le grains restent petits, il faut dépasser la ligne 'changement
d'état' de très peu et peu de temps.
Malheureusement cette linge change de positon (hauteur) en fonction de la teneur en carbone
et atteint un minimum pour une teneur de 0,8% de carbone.

Donc il faut atteindre entre environ 750 et 900° suivant les aciers... et comme en général,
l'amateur ne connaît pas les caractéristiques de son acier, ... le mieux est d' ESSAYER.

Fin de la théorie
 

Comment tremper ?

Rappel :
Si on a forgé une lame, des tensions internes très importantes subsistent dans le métal.
Dans ce cas, avant de tremper la lame,  il faut enlever ces tensions pour éviter que la lame ne 'gondole' lors de la trempe.
Pour cela, porter la lame au rouge 'cerise', puis, la laisser refroidir dans un matériau qui ralentit le refroidissement comme par exemple  du sable fin très sec, de la vermiculite (isolant  employé dans la construction de maison), de la laine de verre, de la chaux, des cendres de la forge ou autre (qui résistent à la chaleur).
Laisser refroidir entre 12 et 24 heures. Recommencer 2 fois si nécessaire.
C'est ce qu'on appelle un recuit.

La Trempe

Opérations sur la lame :
Laisser une épaisseur de 0.8 à 1 mm au tranchant, toujours pour éviter les déformations.

Chauffer la lame de façon aussi régulière que possible du côté du dos.
Dès que la température est atteinte, plonger la lame pointe la première dans un bassin rempli d'huile ( de vidange par exemple) à température ambiante.
Attention, l'huile peut prendre feu, mais s'éteint très vite .. pas de panique.
Prendre quelques litres d'huile. Si on en a trop peu, elle s'échauffe , perd de son efficacité pour la trempe, et peu brûler par elle même. L'incendie peut devenir dangereux.
 
Bien remuer jusqu'a ce que le métal soit complètement refroidit.

Les premières fois, si on a pas l'expérience des couleurs, testez avec un aimant.
Lorsque la température de transformation est atteinte, le métal n'est plus magnétique.
 
Après la trempe, réduire les efforts internes au moyen d'un revenu, pour cela, bien polir le métal pour voir la couleur, et le chauffer au 'jaune naissant' ( environ 220°c) ou, laisser la lame environ 1 heure dans un four de cuisine à 220°.

Si vous chauffez au jaune naissant, allez-y très lentement ! Le changement de couleur n'est pas instantané. Si on va trop vite, lorsque le métal atteint la couleur voulue, il est déjà beaucoup trop chaud.

Ce revenu est très important pour votre sécurité !
Trop dure, la lame peut casser comme du verre, c'est tout à fait réel et dangereux !!!

Testez le résultat de la trempe au moyen d'une petite lime, elle ne doit pas entamer le métal.

Si la trempe n'est pas bonne, on peut toujours faire un recuit et recommencer la trempe en changeant les températures ou les temps de refroidissement.
 

Par contre, certains aciers demandent un traitement tout autre.
Par exemple : j'ai eu un échantillon (composition inconnue) où pour pouvoir le tremper  je l'ai chauffé au rouge clair, puis trempé 1 seconde dans de l'eau, et laisser refroidir 12 heures très lentement  dans du sable sec comme pour le recuire ?? .
 

Si la trempe est trop délicate ou trop difficile à réaliser, évitez ces aciers.
 

Exemple de lame sur laquelle je n'avais pas fait de revenu.
La fissure transperce la lame et est apparue plusieurs jours après la trempe

 Lame en acier trempé.

Couteau d'électricien.
J'ai voulu redresser un peu la lame. Elle s'est cassée comme du verre. Trempe trop forte.

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