Techniques de traitement thermique pour les moules de moulage sous pression – Guide

Les techniques de traitement thermique sont largement utilisées dans la fabrication des moules de moulage sous pression ; elles permettent d'améliorer considérablement la microstructure et les performances des composants des moules, de prolonger la durée de vie des moules, d'améliorer la qualité de l'usinage et de réduire l'usure des outils.

Les moules de moulage sous pression sont généralement fabriqués à partir d'aciers alliés à outils. Les séquences de traitement thermique typiques comprennent le recuit sphéroïdal, le recuit de détente/stabilisation, la trempe (ou trempe et revenu) et plusieurs opérations de revenu. En sélectionnant une combinaison appropriée de traitements thermiques, il est possible d'obtenir la résistance, la ténacité et les performances à haute température requises.

Prétraitement :

1. Objectif : éliminer les contraintes résiduelles du forgeage ou de l'usinage grossier, réduire la dureté pour faciliter la coupe et préparer une structure uniforme pour la trempe et le revenu ultérieurs.
2. Méthodes et effets : le recuit sphéroïdal produit une microstructure uniforme avec des carbures finement dispersés afin d'améliorer la ténacité. La trempe et le revenu (c'est-à-dire la trempe suivie du revenu) offrent souvent un meilleur équilibre entre résistance et ténacité. Par conséquent, pour les matrices qui nécessitent une ténacité élevée, le revenu après trempe est couramment utilisé à la place du recuit sphéroïdal.
3. Recommandation : effectuer un prétraitement sur les pièces forgées ou les ébauches usinées grossièrement et enregistrer le lot de traitement afin de faciliter la traçabilité de la qualité ultérieurement.

Traitement de stabilisation :

1. Objectif : éliminer les contraintes internes générées lors de l'usinage grossier et réduire le risque de déformation et de fissuration lors de la trempe. Ceci est particulièrement important pour les matrices de forme complexe.
2. Procédé type : chauffer à 650 °C à 680 °C, maintenir pendant 2 à 4 heures, puis retirer du four et refroidir à l'air. Pour les matrices à géométrie complexe, refroidir dans le four à moins de 400 °C avant le refroidissement à l'air afin de réduire davantage les contraintes internes.
3. Cas particuliers : les surfaces modifiées par électroérosion (EDM) peuvent développer une couche refondue ou endommagée et sont sujettes à des fissures dues à la coupe au fil ; un recuit de détente à basse température doit être effectué pour éliminer les contraintes locales.

Préchauffage de trempe :

1. Raison : les matrices de moulage sous pression sont souvent fabriquées à partir d'aciers fortement alliés à faible conductivité thermique ; un chauffage direct rapide peut créer d'importants gradients de température, provoquant des fissures ou des déformations. Un préchauffage par étapes est donc nécessaire.
2. Méthodes et températures de préchauffage : le préchauffage à basse température (400 °C à 650 °C) peut être effectué dans un four à boîte ou à air. Le préchauffage à haute température est mieux réalisé dans un four à bain de sel afin d'améliorer l'uniformité de la chaleur.
3. Nombre de préchauffages et exigences : les moules dont les exigences en matière de contrôle de la déformation sont faibles peuvent nécessiter moins d'étapes de préchauffage ; pour un contrôle strict de la déformation, il convient d'utiliser plusieurs étapes de préchauffage afin de réduire les contraintes liées aux gradients thermiques. Une estimation empirique courante du temps de préchauffage est de 1 min/mm (à titre indicatif uniquement ; vérifier en fonction du matériau et de l'épaisseur du composant).

Chauffage de trempe et maintien en température :

1. Objectif : obtenir une austénite de composition uniforme et dissoudre suffisamment les carbures, améliorant ainsi la résistance à haute température et la résistance au ramollissement.
2. Sélection de la température : la température de trempe doit être choisie dans les limites spécifiées pour le matériau. Des températures de trempe plus élevées favorisent la stabilité thermique, mais peuvent favoriser la croissance des grains et réduire la ténacité ; les matrices nécessitant une ténacité élevée utilisent généralement des températures de trempe relativement plus basses.
3. Temps de maintien : pour assurer l'homogénéisation, le chauffage pour trempe en bain de sel nécessite généralement un temps de maintien relativement long ; une estimation courante est de 0,8 min/mm à 1,0 min/mm (valeur de référence ; doit être validée).

Refroidissement de trempe :

1. Choix de la méthode de refroidissement : les matrices de forme simple et peu sensibles à la déformation peuvent être trempées à l'huile. Les matrices de forme complexe ou soumises à des exigences élevées en matière de résistance à la déformation sont mieux traitées par trempe par étapes (accélération du refroidissement par étapes avec transitions progressives).
2. Égalisation avant le revenu : pour éviter les fissures et les déformations, quelle que soit la méthode de refroidissement, ne refroidissez pas directement à température ambiante ; refroidissez d'abord à 150 °C à 180 °C pour l'égalisation. Le temps d'égalisation peut être estimé à 0,6 min/mm (référence), puis passez immédiatement au revenu.
3. Remarques : contrôlez le profil de la vitesse de refroidissement afin d'éviter une concentration des contraintes thermiques entre la surface refroidie et le cœur chaud. Lorsque vous utilisez une trempe par étapes ou localisée, assurez-vous que la déformation est contrôlable et prévoyez des procédures correctives.

Revenu :

1. Nécessité : un revenu suffisant élimine les contraintes résiduelles de trempe et ajuste la dureté et la ténacité. Les matrices de moulage sous pression nécessitent généralement un revenu complet, généralement effectué en trois étapes.
2. La température du premier revenu est généralement choisie dans la plage de durcissement secondaire du matériau (pour stabiliser la structure).
3. La température du deuxième revenu est choisie pour obtenir la dureté requise.
4. La température du troisième revenu est inférieure de 10 °C à 20 °C à celle du deuxième revenu et sert à éliminer les contraintes résiduelles et à affiner la structure.
5. Refroidissement après revenu : après le revenu, un refroidissement à l'huile ou à l'air peut être utilisé. Le temps de maintien du revenu à cycle unique ne doit pas être inférieur à 2 heures (déterminez le temps exact en fonction de l'épaisseur de la pièce et des exigences du matériau).