Traitement thermique des métaux

Le traitement thermique des métaux est un processus qui modifie la microstructure interne ou la chimie de la surface d'un produit pour améliorer ses performances et sa qualité. Ces changements ne sont généralement pas visibles à l’œil nu. Dans le même temps, la forme et la composition chimique générale de la pièce restent inchangées.

L'acier est le matériau le plus populaire en construction mécanique en raison de sa microstructure complexe, contrôlée par traitement thermique. Outre l'acier, les métaux et alliages tels que l'aluminium, le cuivre, le magnésium et le titane sont également traités thermiquement pour modifier leurs propriétés mécaniques, physiques et chimiques.

Types de traitement thermique

Le traitement thermique général consiste à chauffer la pièce entière suivi d'un refroidissement à une certaine vitesse, ce qui modifie ses propriétés mécaniques. Principaux types de traitement thermique de l'acier :recuit, normalisation, durcissement et revenu.

Recuit

Le produit est chauffé à une certaine température, maintenu pendant un certain temps, puis refroidi lentement.
Cible: Réduire les contraintes internes, améliorer l'usinabilité ou préparer d'autres étapes de traitement.

Normalisation

Chauffer la pièce à la température requise puis la refroidir à l'air. Fournit une structure plus fine, améliorant les propriétés mécaniques.

Durcissement

Chauffage à haute température suivi d'un refroidissement rapide dans de l'eau, de l'huile ou des solutions spéciales. Augmente la dureté de l'acier, mais le rend cassant.

Vacances

Après durcissement, le matériau est chauffé à une température inférieure à 650 degrés, maintenu et refroidi. Cela réduit la fragilité de l'acier tout en conservant sa résistance.

Étapes de traitement thermique

Le processus de traitement thermique comprend trois étapes :chauffage, maintien et refroidissement.

Chaleur
Le chauffage est réalisé au moyen de combustibles (charbon de bois, gaz) ou de chauffage électrique, ce qui permet un contrôle plus précis du processus. Pour éviter l'oxydation, la surface métallique est protégée par une atmosphère de gaz inertes, des revêtements ou sous vide.

Extrait
Une fois la température requise atteinte, le produit est maintenu pour assurer un chauffage et des changements structurels uniformes.

Refroidissement
La vitesse de refroidissement est déterminée par le type de traitement : refroidissement lent pour le recuit, refroidissement plus rapide pour la normalisation et refroidissement rapide pour le durcissement.

Objectifs du traitement thermique

Dureté et résistance accrues: La trempe et le revenu augmentent la résistance à l’usure et aux chocs.

Amélioration de la viscosité: Le recuit et la normalisation réduisent la fragilité.

Soulager le stress interne: Les contraintes survenant lors du traitement sont éliminées.

Usinabilité accrue: Le recuit ramollit le matériau, facilitant ainsi la découpe et le perçage.

Résistance à la corrosion: Le durcissement de la couche superficielle améliore la durabilité.

Optimisation de la structure des grains: La normalisation améliore les propriétés mécaniques, rendant le matériau homogène.

Traitement thermique de divers aciers

Acier au carbone
Acier à faible teneur en carbone : recuit (700-750 degrés) ou normalisation (870-920 degrés).
Acier à moyenne et haute teneur en carbone : durcissement (760-820 degrés) et revenu (150-650 degrés).

Acier allié
Durcissement (850 à 900 degrés) suivi d'un revenu (300 à 650 degrés), qui garantit un équilibre précis entre dureté et ténacité.

Acier à outils
Il subit un recuit (700 à 900 degrés), un durcissement et un revenu (150 à 500 degrés) pour une dureté maximale et une fragilité réduite.

Acier inoxydable
Le recuit de recristallisation (1 000 à 1 150 degrés) améliore la résistance à la corrosion.
La trempe et le vieillissement des aciers martensitiques augmentent la résistance.

Précautions pour le traitement thermique

Surchauffer: Provoque un grossissement des grains, altérant les propriétés mécaniques.

Déformation: Le risque augmente si le régime de refroidissement n'est pas respecté.

Oxydation et décarbonisation: Réduit la dureté de la surface.

Fragilisation par l'hydrogène: Réduit la ductilité et la résistance lorsqu'il est chauffé dans une atmosphère d'hydrogène.

Des étuves sous vide, des revêtements protecteurs et un contrôle de la température sont utilisés pour minimiser ces risques.

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