Guide complet des traitements thermiques des métaux

Les traitements thermiques

Tous les procédés métallurgiques visent à la régénération ou à la modification de la structure cristalline par un chauffage et un refroidissement dont les températures et les durées sont strictement contrôlées.

Le recuit

Le recuit consiste à chauffer le métal à des températures supérieures au point critique, puis à le laisser refroidir lentement. Ce procédé élimine les contraintes internes et régénère la structure (souvent altérées par un mauvais refroidissement précédent), tout en rendant le matériau extrêmement mou et ductile. Il existe différents types de recuit :

Recuit complet ou d'austénitisation

À l'aide d'un chauffage lent et uniforme, l'acier atteint la région austénitique où il est maintenu jusqu'à ce que la structure entière soit constituée d'austénite. Ce recuit est effectué pour ramollir l'acier et homogénéiser sa structure.

Recuit sous-critique

Utilisé pour éliminer les tensions internes et augmenter la ductilité, il consiste à chauffer l'acier à des températures proches, mais inférieures, au point critique. On distingue trois méthodes :

• Ramollissement : pour optimiser les conditions d'usinage des aciers.
• Adoucissement : pour augmenter la ductilité de l'acier en vue d'un traitement ultérieur.
• Globularisation : pour diminuer la dureté de l'acier et obtenir une configuration globulaire.

Recuit d'austénitisation incomplète

Consiste à chauffer l'acier à une température intermédiaire entre les points critiques inférieur et supérieur pour obtenir une structure de cémentite globulaire.

Recuit double

Exécute une austénitisation complète suivie d'un recuit sous-critique, sans laisser le métal refroidir complètement. Son but est d'obtenir de très faibles valeurs de dureté.

Normalisation

Ce traitement thermique est très semblable au recuit complet, à la différence que la vitesse de refroidissement et la température de chauffage sont légèrement plus élevées.

Trempe

Pour obtenir une trempe correcte, il faut transformer toute la masse en structure austénitique. L'acier est chauffé uniformément avec un contrôle rigoureux pour éviter les tensions internes, puis refroidi à des vitesses variables pour obtenir différentes structures (sorbite, troostite et martensite).

Facteurs influant sur la trempe :

• Type d'acier : la vitesse de refroidissement idéale diminue généralement avec l'augmentation du taux d'alliage.
• État de la structure : plus la taille du grain est importante, plus la vitesse critique augmente.
• Conductivité thermique : la taille des pièces influence la profondeur de refroidissement, limitant ainsi l'uniformité de la trempe.

Moyens de refroidissement :

Le processus de refroidissement comprend trois étapes : la perte de chaleur par conduction et rayonnement, le transport de vapeur, et le refroidissement par conduction et convection dans le liquide.

• Eau : son bas point d'ébullition réduit la vitesse de traitement.
• Huile : nécessite une attention particulière sur le point de volatilisation et le risque d'inflammation.
• Mercure : coût élevé, justifié uniquement pour des pièces spéciales nécessitant une grande dureté.
• Plomb et sels basiques : favorisent la transformation isotherme, améliorant ainsi la qualité de l'acier.

Autres traitements spécifiques

• Patente : utilisé pour les fils à haute résistance. C'est une transformation isotherme consistant à chauffer le fil pour une austénitisation complète, puis à le refroidir dans un bain de plomb fondu.
• Bainitique : l'acier est refroidi dans un bain de sel fondu jusqu'à transformation en bainite, augmentant la résistance, la ténacité et la capacité de pliage.
• Martensitique : vise à éliminer les fissures et les tensions internes pour une transformation uniforme.
• Revenu : effectué après la trempe, il s'agit d'un recuit sous-critique visant à éliminer les contraintes internes et à améliorer la ductilité et la ténacité.

Traitements à composition variable

Ces traitements sont largement utilisés pour conférer à une même pièce une combinaison de ténacité, de dureté et de résistance à l'usure.

• Cémentation : consiste à augmenter la teneur en carbone en surface par contact direct avec des substances solides, liquides ou gazeuses à haute température.
• Carbonitruration : absorption simultanée de carbone et d'azote. L'azote diminue la vitesse critique et la température de trempe, offrant une meilleure structure.
• Sulfinisation : confère aux surfaces une meilleure résistance à l'usure sans augmenter la dureté, grâce à l'apport de soufre.