1Différences essentielles entre surchauffe et combustion

1Définition et caractéristiques

• La grossièreté du grain: la taille des grains est 2 à 3 fois supérieure à la valeur standard (par exemple, la taille normale des grains de l'acier 45 est de grade 8, avec D≈15 μm; après surchauffe, elle atteint grade 5, avec D≈80 μm).
• Détérioration des propriétés mécaniques: La résistance diminue de 10 à 20% et la ténacité est perdue de 30 à 50%.
• Réversibilité: La structure à grains fins peut être restaurée par ré-normalisation ou recuit.

• L'érosion des limites des céréales: sous un microscope métallographique, les bordures des grains sont dentelées ou discontinues, et des films de phase liquide apparaissent dans les zones locales.
• L'effondrement des propriétés mécaniques: la résistance à la traction diminue de plus de 50% et l'allongement s'approche de zéro.
• Irréversibilité: Même avec un traitement par réchauffement, les performances ne peuvent pas être entièrement rétablies.

1.2 Comparaison des principales différences

2Mécanismes de formation et analyse des cas

2.1 Mécanisme de formation de surchauffe

• Taux de chauffage hors de contrôle: Le chauffage rapide (comme le chauffage par induction) provoque une grande différence de température entre la surface et le noyau, et la température locale dépasse le point critique.
  • Le cas: lors de l'éteinte d'un engrenage automobile, la puissance de chauffage excessive a provoqué une température de surface de 950°C (Ac3=850°C) et la taille du grain s'est détériorée de grade 8 à grade 5.
• Temps de rétention excessivement long: Après l'austénitisation, la migration des grains frontaliers se poursuit avec une conservation à long terme.
  • Données: Lorsque l'acier 45 est maintenu à 920°C pendant 2 heures, la taille du grain atteint le grade 6 (D≈50μm); après 4 heures, il se détériore au grade 4 (D≈120μm).
• Structure originale grossière: Aucun recuit sphéroïdisant n'est effectué après forgeage ou laminage, ce qui entraîne une séparation du carbure et favorise la croissance des grains.

2.2 Mécanisme de formation de la combustion

• Erreur de mesure de la température: Une mauvaise installation des thermocouples ou une défaillance des câbles de compensation entraîne une température réelle supérieure à la norme.
  • Accident: lors du traitement thermique d'une lame d'un moteur aérospatial, le thermocouple s'est détaché et n'a pas été détecté à temps.Et la lame a été déchirée par la brûlure..
• Échec du contrôle de l'atmosphère: Une atmosphère oxydante (telle que la teneur en O2 > 0,5%) favorise l'oxydation de la limite des grains et réduit le point de fusion.
  • Une expérience: L'alliage de titane TC4 brûle lorsqu'il est chauffé à 1050°C (solide 1030°C) dans l'air, alors qu'il doit être chauffé à 1080°C pour brûler dans un four sous vide.
• Séparation des éléments alliants: Des éléments tels que le Cr et le Mo se séparent aux bords des grains, formant des structures eutectiques à faible fusion.
  • Le cas: La séparation de l'élément Nb dans le superalliage GH4169 réduit la température eutectique de la limite des grains à 1180°C, et la combustion se produit si elle est chauffée à 1200°C.

3- Méthodes d'identification et applications techniques

3.1 Méthode d'inspection macroscopique

• Observation de l'apparence:
  • Surchauffe: La couleur d'oxydation de la surface est uniforme, sans traces de fusion locales.
  • Brûlure: La surface est gris foncé ou noir, et des gouttelettes cristallines de fonte peuvent être vues localement.
• Analyse des fractures:
  • SurchauffeLa fracture est fibreuse avec un petit nombre de fossettes.
  • Brûlure: La fracture est en forme de pierre ou en forme de bonbon de roche, avec des grains clairs visibles.

3.2 Méthode d'inspection métallographique

• Nombre de grains:
  • Surchauffe: Les grains sont grossiers mais les limites des grains sont intactes, et la note est réduite de 2 à 3 grades selon la norme ASTM E112.
    • Figure 1: Structure surchauffée d'acier 45 (400X): La figure montre la microstructure de 45 aciers chauffés à 930°C pendant 15 minutes et éteints à l'eau, qui se compose de martensite carbonique moyenne grise grossière éteinte, d'austénite conservée blanche,et une matrice de martensiteLes bandes noires dans le coin supérieur droit sont des fissures d'extinction le long des limites des grains. (Source: Compte officiel "Opto-Mechanical Home")
  • Brûlure: l'érosion de la limite des grains ou la pénétration de la couche d'oxyde se produit, formant des trous de la limite des grains.
    • Figure 1: Structure brûlée de l'acier W18Cr4V (400X): La figure montre la structure brûlée à l'extinction de l'acier W18Cr4V, qui est constitué de martensite aciculaire blanche, une matrice d'austénite conservée,Carbures réticulaires blancs brillants le long des bordures des grainsLa structure de l'appareil est constituée de trois parties: une partie de l'appareil, et une partie de l'appareil.
• Détection des oxydes: Des oxydes tels que l'Al2O3 et le SiO2 répartis le long des limites des grains peuvent être observés dans les échantillons brûlés (analyse du spectre énergétique EDS).

3.3 Essai des propriétés mécaniques

• Épreuve d'impact:
  • Surchauffe: L'énergie d'impact à température ambiante diminue de 30% à 50%, mais la fracture a toujours des caractéristiques de ténacité.
  • BrûlureL'énergie d'impact approche de zéro, et la fracture est complètement fragile.
• Test de dureté:
  • Surchauffe: La dureté peut diminuer légèrement (HRC diminue de 1 à 2 unités).
  • Brûlure: La dureté diminue de façon significative (HRC diminue de 3 à 5 unités).

3.4 Technologie d'essai non destructif

• Tests par ultrasons: Dans la zone brûlée, la vitesse du son diminue en raison de l'érosion de la limite des grains, et le taux d'atténuation de l'amplitude augmente de 20% à 30%.
• Épreuves de courant de tourbillon: La conductivité électrique de l'échantillon brûlé diminue de 15% à 20% et un changement caractéristique se produit dans le spectre d'impédance.

4- Mesures préventives et pratiques techniques

4.1 Contrôle des paramètres de processus

• Contrôle précis de la température:
  • Adopter une double surveillance des thermomètres infrarouges et des thermocouples et contrôler l'erreur à ± 5 °C.
  • Le cas: Une usine d'automobiles a réduit le taux de défauts de surchauffe de 3% à 0,1% après avoir mis en place un système de régulation intelligente de la température.
• Optimisation du taux de chauffage:
  • La vitesse de chauffage de l'acier au carbone est régulée à 50-100°C/h, et celle des superalliages est régulée à 10-20°C/h.

4.2 Équipement et maintenance