Traitement thermique et états de trempe pour les alliages CNC
États de trempe pour les alliages CNC : dureté de l'acier trempé-revenu selon la température, 6061-O à T651, 7075-T73 et 17-4PH H900 à H1150 avec les limites NACE.
Acier au carbone et allié — procédés de traitement thermique et dureté typique
| Procédé | Ce qu'il fait | Dureté typique | Application typique | Norme applicable |
|---|---|---|---|---|
| Annealing | Chauffer au-dessus ou près de la température critique, puis refroidir très lentement au four pour adoucir et relaxer les contraintes | 160–217 HB (grade-dependent) | Stock d'usinage, formage à froid, relaxation des contraintes avant ré-durcissement | GB/T 16923; ASTM A29; SAE J412 |
| Normalizing | Chauffer à 30–50 °C au-dessus d'Ac3/Acm, puis refroidir à l'air calme pour affiner le grain et homogénéiser la structure | 187–300 HB (grade-dependent) | Grandes pièces forgées, pièces structurelles où la trempe risque la déformation | GB/T 16923; ASTM A29 |
| Quenching + tempering | Austénitiser, tremper en martensite dans l'eau ou l'huile, puis re-chauffer sous Ac1 pour relaxer les contraintes et ajuster la dureté | 24–57 HRC (depends on tempering temperature) | Pièces mécaniques finies : arbres, engrenages, fixations | GB/T 16924; ASTM A29 |
| Quench and high temper (Q&T) | Tremper puis revenir à haute température à 500–650 °C, produisant de la sorbite revenue avec le meilleur équilibre résistance-ténacité | 28–34 HRC (common supply band) | Biellettes, boulons, engrenages, arbres sous charge alternée | GB/T 16924; GB/T 7232 |
Quelle dureté attendre de l'acier 1045 recuit versus normalisé ?
Le 1045 recuit se situe autour de 160–200 HB (163 HB typique laminé à chaud), tandis que le 1045 normalisé atteint environ 187 HB avec 640 MPa de résistance — la normalisation échange un peu d'usinabilité contre une structure plus forte et plus uniforme.
| État | Résistance (MPa) | Limite d'élasticité (MPa) | Allongement (%) | Dureté | Source |
|---|---|---|---|---|---|
| Hot-rolled / annealed | 565 (typical hot-rolled) | 310 | 16 | 163 HB; annealed band 160–200 HB | S21 / S22 / S5 |
| Normalized | 640 | 410 | 22 | 187 HB | S6 / S5 |
| Quenched and tempered | — | — | — | 220–290 HB | S5 |
| As-quenched (water, surface) | — | — | — | 55–60 HRC | S5 |
| Flame / induction hardened (surface) | — | — | — | 55–58 HRC, case depth 1.5–5 mm | S5 |
À quelle dureté le 4140 est-il livré à l'état pré-trempé ?
Le 4140 pré-trempé arrive à 28–34 HRC ; le traitement standard revenu à 540 °C atterrit à 28–32 HRC et 1,000–1,100 MPa de résistance. Le chrome et le molybdène donnent au 4140 une bien meilleure trempabilité que le 1045, donc il conserve sa dureté revenue dans les sections plus grandes — vérifier les grosses barres sur le bulletin d'essai, car la dureté chute avec la section.
| État / température de revenu | Résistance (MPa) | Limite d'élasticité (MPa) | Allongement (%) | Dureté | Source |
|---|---|---|---|---|---|
| Annealed | ~655 | ~415 | 25 | 197–217 HB | S4 |
| Normalized | ~1,020 | ~650 | 17 | 250–300 HB | S4 |
| As-quenched (oil) | — | — | — | 55–60 HRC | S4 |
| Q&T at 205 °C | ~2,000 | ~1,600 | 8 | 52–57 HRC | S4 |
| Q&T at 315 °C | ~1,700 | ~1,450 | 10 | 45–50 HRC | S4 |
| Q&T at 425 °C | ~1,400 | ~1,250 | 12 | 38–42 HRC | S4 |
| Q&T at 540 °C (standard HT) | 1,000–1,100 | 850–950 | 18 | 28–32 HRC | S4 |
| Q&T at 650 °C (high ductility) | ~850 | ~700 | 22 | 24–28 HRC | S4 |
| Pre-hardened as-supplied | — | — | — | 28–34 HRC | S4 |
Quelle est la dureté de l'acier juste après trempe, avant revenu ?
Le 1045 (trempe à l'eau) et le 4140 (trempe à l'huile) atteignent tous deux environ 55–60 HRC à l'état brut de trempe — mais cette martensite non revenue est trop fragile pour le service, donc chaque pièce trempée est ramenée à sa dureté de service avant usage.
| Acier | Milieu de trempe | À l'état brut (HRC) | Dureté de service revenue | Note |
|---|---|---|---|---|
| 1045 | Water | 55–60 | 220–290 HB (Q&T) | Acier au carbone à trempe superficielle ; le cœur s'adoucit dans les grosses sections |
| 4140 | Oil | 55–60 | 28–32 HRC (tempered at 540 °C) | Alliage Cr-Mo à durcissement profond ; à choisir pour les grandes sections |
Que signifient trempe et revenu et pourquoi les spécifier ?
Trempe et revenu signifie : tremper en martensite puis chauffer sous la température critique ; trempe plus revenu haute température (500–650 °C) produit de la martensite — typiquement 28–32 HRC — le meilleur équilibre résistance/ténacité pour arbres et engrenages. Le revenu échange toujours de la dureté contre de la ténacité : le même 4140 qui quitte la trempe à 55–60 HRC va de 52–57 HRC jusqu'à 24–28 HRC quand la température de revenu monte de 205 °C à 650 °C.
| Acier | Bande de livraison T&R | Après trempe uniquement | Pourquoi revenir |
|---|---|---|---|
| 1045 | 220–290 HB | 55–60 HRC (water) | La martensite non revenue se fissure en service ; le revie rachète de la ténacité à un coût contrôlé de dureté |
| 4140 | 28–34 HRC pre-hard | 55–60 HRC (oil) | Le revenu haute température à 500–650 °C forme de la martensite reborn — l'état dans lequel les arbres et engrenages sont spécifiés |
Combien le 6061-T6 est-il plus fort que le 6061-O ?
Le 6061-T6 atteint 310 MPa (45 ksi) de résistance contre 125 MPa (18 ksi) pour le 6061-O — environ 2.5× — avec une limite d'élasticité de 276 contre 55 MPa et une dureté de 95 contre 30 HB ; c'est le traitement thermique, pas l'alliage, qui produit toute la différence. Les minima standards côtoient les valeurs typiques : la tôle et la plaque 6061-T6 doivent atteindre 290 MPa (42 ksi) de résistance et 240 MPa (35 ksi) de limite d'élasticité, tandis que 310/276 MPa sont typiques.
| Alliage et revenu | Résistance, MPa (ksi) | Limite, MPa (ksi) | Allongement (%) | Dureté (HB) | Source |
|---|---|---|---|---|---|
| 6061-O | 125 (18) | 55 (8) | 25–27 | 30 | S7 / S8 |
| 6061-T4 / T451 | 240 (35) | 145 (21) | 22 | 65 | S7 / S8 |
| 6061-T6 / T651 | 310 (45) | 276 (40) | 12–15 | 95 | S7 / S8 |
Le 6061-T651 est-il plus fort que le 6061-T6 ?
Non — les deux font 310 MPa (45 ksi) de résistance et 276 MPa de limite d'élasticité. T651 ajoute 1–3 % d'allongement permanent après trempe pour relaxer les contraintes, il garde donc des dimensions plus serrées en usinage ; c'est pourquoi le travail de plaque et de panneau part du stock T651.
| Trempe | Procédé | Différence mécanique | Norme applicable | Source |
|---|---|---|---|---|
| O | Entièrement recuit — chauffé et refroidi lentement à l'état le plus doux | La plus basse résistance, la plus haute formabilité | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S19 / S7 |
| T4 | Mis en solution, puis vieilli naturellement à température ambiante | Résistance modérée, encore formable | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S15 / S7 |
| T6 | Mis en solution, puis vieilli artificiellement à la résistance de pointe | La plus haute résistance de l'alliage | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S15 / S7 |
| T651 | T6 plus 1–3 % d'allongement pour la relaxation avant vieillissement | Résistance égale à T6 ; meilleure stabilité dimensionnelle en usinage | ISO 2107; ASTM B209/B221 | S14 / S7 / S24 |
| T73 | Mis en solution, puis sur-vieilli en un traitement en deux étapes | Résistance plus basse que T6 ; bien meilleure résistance à la corrosion sous contrainte ; principalement la série 7xxx | AMS 4078; ASTM B209; GB/T 3880 | S9 / S2 |
Quel est le revenu T73 et quand le choisir ?
T73 est un revenu sur-vieilli en deux étapes, choisi pour la résistance à la corrosion sous contrainte des pièces aéro. La résistance du 7075-T73 vient de deux bases publiées conservées comme lignes séparées — l'ASM Handbook typique 505 MPa et la spécification de plaque ASTM B209 460–475 MPa — et les deux ne sont jamais moyennés. Le 6061 n'est pas livré en T73, donc c'est le 7075 qui porte les chiffres.
| Base applicable | Résistance (MPa) | Limite d'élasticité (MPa) | Allongement (%) | Dureté | Source |
|---|---|---|---|---|---|
| 7075-T73 — ASM Handbook typical (bar / forging reference) | 505 | 435 | 13 | — | S1 / S2 |
| 7075-T73 — ASTM B209 / AMS 4078 plate, by thickness (spec) | 460–475 | 385–390 | 5–8 | 126–140 HB | S9 |
| 7075-T6 — typical, for comparison | 572 (83 ksi) | 503 (73 ksi) | — | — | S7 |
Quel est l'état de vieillissement standard le plus fort pour 17-4PH ?
H900, vieilli à 482 °C (900 °F) pendant 1 heure, donne une résistance minimale de 1,310 MPa (190 ksi), une limite d'élasticité de 1,170 MPa (170 ksi) et au moins 40 HRC — la plus forte en résistance, la plus faible en ténacité des trois états standard. Toutes les valeurs sont des minima de barre selon ASTM A564 / AMS 5643.
| État | Température / durée de vieillissement | Résistance min, MPa (ksi) | Limite min, MPa (ksi) | Allongement min (%) | Dureté | Charpy V (ft-lb) | Source |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H900 | 482 °C (900 °F) / 1 h | 1,310 (190) | 1,170 (170) | 10 | ≥40 HRC (typical 44) | 10–15 (low) | S3 / S23 |
| H1025 | 552 °C (1,025 °F) / 4 h | 1,070 (155) | 1,000 (145) | 12 | ≥35 HRC (typical 38) | 35–45 (moderate) | S3 / S23 |
| H1150 | 621 °C (1,150 °F) / 4 h | 930 (135) | 725 (105) | 16 | 28–33 HRC (typical 33) | 60–80 (high) | S3 / S23 |
Quel état 17-4PH offre la plus haute ténacité ?
H1150, vieilli à 621 °C, garde 930 MPa (135 ksi) de résistance minimale avec 16 % d'allongement et 28–33 HRC — la plus haute ténacité Charpy des trois. De H900 à H1150, la résistance chute d'environ 30 % et la limite d'environ 38 % tandis que l'allongement monte de 10 % à 16 % : la température de vieillissement plus élevée grossit les précipités riches en cuivre et échange de la résistance contre de la ténacité. Les valeurs Charpy sont des bandes longitudinales représentatives qui varient avec la forme et l'orientation du produit.
| État | Charpy (ft-lb) | Allongement (%) | Dureté | Meilleur pour |
|---|---|---|---|---|
| H900 | 10–15 (low) | 10 | ≥40 HRC | Pièces à plus haute résistance sans exposition aux impacts ni au cryogénique |
| H1025 | 35–45 (moderate) | 12 | ≥35 HRC | L'état d'équilibre tout usage |
| H1150 | 60–80 (high) | 16 | 28–33 HRC | Pièces exposées aux chocs et au cryo ; aussi le choix conforme NACE |
Le 17-4PH peut-il être utilisé en service gaz acide NACE ?
Seul H1150 — ou H1025 avec vérification par coulée que la dureté réelle reste à ou sous 33 HRC — est admissible selon NACE MR0175 / ISO 15156-3 ; H900 à un minimum de 40 HRC ne l'est pas. La règle est pilotée par la dureté : le service gaz acide plafonne à 33 HRC.
| État | Dureté de spécification | Statut NACE MR0175 | Note |
|---|---|---|---|
| H900 | ≥40 HRC (typical 44) | Not qualified | Dépasse largement le plafond de 33 HRC du gaz acide |
| H1025 | ≥35 HRC (typical 38) | Conditional | Uniquement avec vérification par coulée que la dureté réelle reste à ou sous 33 HRC |
| H1150 | 28–33 HRC (typical 33) | Compliant | Le choix standard pour le gaz acide |
Comment utiliser ces nombres
- Les valeurs marquées min sont des minima de spécification de la norme applicable (ASTM / AMS) ; les valeurs non marquées sont typiques et varient avec la forme du produit, la section et la pratique du four — concevoir selon la norme applicable et le bulletin d'essai.
- La dureté de l'acier chute avec la section (effet de masse) : 4140 pré-trempé 28–34 HRC s'applique à la taille de barre livrée, donc vérifier les grosses sections au bulletin d'essai plutôt que prendre le catalogue.
- Paramètres de traitement représentatifs : traitement en solution du 6061 530 °C trempe à l'eau, vieillissement artificiel T6 160 °C environ 18 h ou 177 °C environ 8 h, recuit jusqu'à O à 413 °C ; 7075-T73 vieillissement en deux étapes 110 °C pour 8 h plus 175 °C pour 8 h, après traitement en solution à 475 °C pendant 90 min et 3 jours de vieillissement naturel.
- Les états 17-4PH sont un parent mis en solution (état A après refroidissement d'environ 1040 °C) vieilli à différentes températures — le H est la température en °F. Barres selon ASTM A564/A564M, plaques et tôle ASTM A693, pièces aéro AMS 5643/5604 ; l'équivalent chinois 05Cr17Ni4Cu4Nb figure dans GB/T 1220.
- La martensite trempée non revenue (55–60 HRC dans les deux aciers d'ancrage) est un risque d'usinage et de rectification, pas un état de livraison — commander l'acier recuit, normalisé ou trempé-revenu et laisser le traitement thermique faire le reste.
Questions fréquentes
Le 1045 recuit fait environ 160–200 HB (163 HB typique), tandis que le 1045 normalisé atteint environ 187 HB avec 640 MPa de résistance.
Le 4140 pré-trempé est typiquement 28–34 HRC ; le traitement standard revenu à 540 °C atterrit à 28–32 HRC et 1,000–1,100 MPa.
Le 1045 (eau) et le 4140 (huile) atteignent environ 55–60 HRC à l'état brut, mais la martensite non revenue est trop fragile.
Tremper plus un revenu haute température à 500–650 °C pour former de la martensite, typiquement 28–32 HRC — le meilleur équilibre résistance/ténacité.
Le 6061-T6 atteint 310 MPa (45 ksi) contre 125 MPa (18 ksi) pour le 6061-O — environ 2.5× la résistance.
Non — les deux font 310 MPa (45 ksi) et 276 MPa ; T651 ajoute 1–3 % d'allongement pour la détente, il garde des dimensions plus serrées.
Un revenu sur-vieilli en deux étapes : 7075-T73 donne 505 MPa selon l'ASM Handbook (460–475 MPa pour plaque selon ASTM B 209), choisi pour la corrosion sous contrainte.
H900, vieilli à 482 °C pendant 1 heure : minimum 1,310 MPa (190 ksi) et au moins 40 HRC — avec la plus faible ténacité.
H1150, vieilli à 621 °C : 930 MPa (135 ksi) avec 16 % d'allongement et 28–33 HRC, la plus haute ténacité Charpy.
Seul H1150, ou H1025 vérifié par coulée à 33 HRC max, est admissible NACE MR0175 ; H900 à 40 HRC min non.
Normes et sources
- S1 — ASM Metals Handbook, Vol. 2, 10e édition : valeurs typiques du 7075-T73
- S2 — étude par les pairs des forgées AA7075 (PMC) : séquence de vieillissement T73 et valeurs de référence ASM
- S3 — JN Alloys, traitement thermique 17-4PH : données H900 / H1025 / H1150 (recoupées contre les minima ASTM A564)
- S4 — Nifty Alloys, traitement thermique de l'acier 4140 : diagramme de revenu par température
- S5 — données de grade steelstandart pour 1045 : dureté recuite, T&R et à l'état
- S6 — bulletin d'aciérie publié, barre en acier 1045, propriétés normalisées
- S7 — Tech Steel, propriétés 6061 (UNS A96061) : valeurs par revenu et la comparaison 7075-T6
- S8 — Weltstahl, fiche de données aluminium 6061 : valeurs mécaniques typiques
- S9 — données tôle et plaque 7075-T73 / T7351 : propriétés selon l'épaisseur (base ASTM B 209)
- S14 — ISO 2107, désignations de revenu de l'aluminium (GB/T 16475 est l'équivalent chinois) ; S15 — classifications AZoM aluminium ; S19 — GB/T 16475 ; S24 — guide du revenu aluminium (pratique d'étirage T651)
- S21 / S22 — données de l'état recuit du 1045 (The World Material ; SAE 1045 données de l'aciérie) ; S23 — fiche rapide Alloy 17-4PH : dureté et bandes Charpy
- Les normes applicables portent les minima : ASTM A564/A564M, ASTM A693, ASTM B209/B221, AMS 4078/5643/5604, ISO 2107, SAE J412, GB/T 16923, GB/T 16924, GB/T 7232, GB/T 1220, NACE MR0175 / ISO 15156-3
- MatWeb exclu (robots.txt bloque l'accès automatique) ; les fiches des distributeurs ne portent que des colonnes de valeurs typiques, tandis que les minima de spécification citent les originaux ASTM / AMS / ISO
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