Trempe martensitique dans la masse
N.B : Ce document est le reflet de l’expérience industrielle. Elles sont fournies sans aucune garantie, expresse ou tacite, de leur exactitude.
Revue par A3TS le 29 juillet 2026
Principe
Les alliages fer-carbone (aciers, à l’exclusion des alliages dits austénitiques) ont la remarquable aptitude de durcir après un traitement comprenant un chauffage au-dessus d’une température d’austénitisation, comprise entre 750 et 1200°C, variable selon la composition. A cette température s’opère une transformation de la structure ferrito-perlitique à la structure austénitique. L’austénitisation est suivie d’une trempe où le refroidissement est rapide pour permettre la transformation de l’austénite en martensite.
La martensite est constituée d’une solution solide de carbone sursaturée dans le fer α. La dureté augmente avec la teneur en carbone.
Bénéfices
Amélioration des propriétés mécaniques (dureté, résistance maximale, limite d’élasticité).
Résistance à l’usure.
L’affinement de la structure améliore la tenue au choc à basse température.
Applications
Toutes les pièces mécaniques fortement sollicitées mécaniquement peuvent être trempées.
Limitations
Déformations
Tapures
Trempabilité fonction du choix d’acier et du fluide de trempe
Paramètres du procédé
L’atmosphère d’austénitisation
L’austénitisation peut s’effectuer dans différents milieux : air, atmosphère endothermique, gaz inerte (N2, Ar, H2), vide. Si le traitement est réalisé sous air, la surface l’acier subit une oxydation formant de la calamine et une décarburation.
Le milieu de trempe
Plusieurs milieux de refroidissement sont utilisés en fonction de la trempabilité de l’acier, de la masse et/ou de la géométrie de la pièce ou de la charge :
Eau.
Huile.
Eau et polymères.
Sels nitrates nitrites
Gaz inerte.
Le choix du milieu de trempe peut être aussi influencé par des critères de propreté de surface. La drasticité du milieu de trempe influe sur les déformations. L’eau est le milieu le plus drastique suivi par l’huile (froide ou chaude), l’eau-polymères, le sel. Le gaz inerte est le milieu le moins drastique. La température du milieu et en particulier de l’huile influe sur la vitesse de refroidissement et sur les propriétés mécaniques obtenues après trempe.
Le revenu
Les structures trempées fragile sont suivies d’un ou de plusieurs traitements de revenu pour améliorer la ductilité et ajuster le niveau des duretés.
On distingue 2 sortes de revenus :
Revenu de détente entre 140 et 190°C ( 240°C max.), dureté après revenu = dureté après trempe – 1 à – 3 HRC
Revenu de dureté entre 450 et 675°C, dureté après revenu = dureté après trempe – 5 à – 20 HRC
Certains aciers fortement alliés (aciers à outils) présentent un phénomène de durcissement secondaire lors du revenu dans une plage de température étroite. Cette propriété est mise à profit pour l’emploi en travail à chaud.
Certains éléments d’alliage développent des carbures avec le carbone : ces éléments très durs ont un effet sur le durcissement. Ils sont solubilisés partiellement ou totalement lors de l’austénitisation pour participer aux propriétés et au comportement lors du revenu.
Le traitement cryogénique
Le traitement par le froid (ou traitement cryogénique) consiste à refroidir les pièces mécaniques en dessous de la température ambiante après un traitement thermique de trempe. La température de maintien se situe entre 0°C et -150°C (le plus souvent entre -80 et -100°C pour les aciers).
La présence d’austénite résiduelle instable dans la structure est issue d’une transformation incomplète en martensite lors la trempe. L’austénite résiduelle peut se décomposer en service sous l’action de conditions déstabilisantes : fortes contraintes, vibrations, efforts cycliques, fonctionnement en température proche de celle du revenu.
Le traitement par le froid aura donc pour effet sur les aciers contenant de l’austénite résiduelle :
D’augmenter la dureté et la limite d’élasticité avec corrélativement une baisse de la tenue au choc et une augmentation des contraintes résiduelles,
D’améliorer la stabilité dimensionnelle des pièces. Il est ainsi particulièrement recommandé pour les calibres, les éléments à jeux très serrés.
Les aciers pour la trempe dans la masse
La teneur en carbone fixe le niveau de dureté maximum après trempe.
Les éléments d’addition améliorent la trempabilité (profondeur durcie) et diminue la baisse des duretés lors du revenu. Les aciers pour trempe dans la masse figurent dans les normes NF EN ISO 683-1 et NF EN ISO 683-2.
Mise en œuvre
Equipement principal (four, réacteur, ligne, machine…)
Equipements complémentaires (lavage, dégraissage, décapage, parachèvement, manutention)
Equipements annexes (pompes, turbines, résistances, brûleurs, bacs de trempe, filtres, échangeurs, réfractaires…)
Contrôle et pilotage du process ( pyrométrie, analyseurs d’atmosphère et sondes, automates, régulateurs, enregistreurs…)
Energie et fluides ( gaz, produits chimiques, liquides de trempe, sels…)
Outillages et manutention (montages, paniers, plateaux…)
Contrôle du résultat (essai de dureté, essais mécanique, métallographie, CND, mesure d’épaisseur…)
Matériaux d’application (aciers, fontes, alliages de titane, alliages d’aluminium…)
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