Traitement thermique de l'acier : phases, types et procédés

Le Traitement Thermique de l'Acier : Définition et Objectifs

Le traitement thermique de l'acier désigne l'ensemble des opérations de chauffage et de refroidissement, réalisées à des températures et sous des conditions spécifiques, auxquelles l'acier est soumis. L'objectif est d'obtenir les propriétés et les caractéristiques adaptées à son utilisation ou à sa transformation.

Développement et Phases du Traitement Thermique

Les traitements thermiques se composent de trois phases essentielles :

1. 1. Chauffage jusqu'à la température de consigne (Austénitisation)

   La montée en température doit être homogène. Lorsqu'une pièce est chauffée, la température doit augmenter très lentement ou être maintenue temporairement à des températures intermédiaires, notamment lors du passage par les points critiques. Cette dernière étape est la température de chauffage de consigne.

2. 2. Maintien en température (Permanence)

   Le but de cette phase est d'assurer la transformation structurelle complète des constituants. Un maintien d'environ deux minutes par pouce d'épaisseur est généralement considéré comme suffisant pour obtenir une austénitisation complète au centre et en surface.

   Attention : Un maintien prolongé, surtout à des températures élevées, est très dangereux, car les grains d'austénite se développent rapidement, laissant les structures finales de l'acier brutes et fragiles.

3. 3. Refroidissement jusqu'à la température ambiante

   Le refroidissement doit être étroitement contrôlé en fonction du type de traitement thermique effectué.

Classification des Différents Types de Traitements Thermiques

Les traitements thermiques peuvent être classés en trois grandes catégories :

1. 1. Traitements de masse

   Incluent le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu.

2. 2. Traitements thermochimiques de surface

   Incluent la cémentation, la carbonitruration, la nitruration et la boruration.

3. 3. Traitements de surface (Dépôts)

   Traitements de surface par dépôts.

Traitements de Masse les Plus Courants

A) La Normalisation

Ce traitement est réalisé en chauffant l'acier à une température d'environ 50 °C supérieure au point critique d'austénitisation, puis en le laissant refroidir à l'air calme. La vitesse de refroidissement est plus lente que celle de la trempe, mais plus rapide que celle du recuit.

Objectif : Affiner et homogénéiser la structure. Ce traitement est typique des aciers de construction au carbone (0,15 % à 0,60 % de carbone).

Note : À mesure que le diamètre de la barre augmente, le refroidissement est plus lent, ce qui entraîne une diminution de la limite d'élasticité et de l'allongement, et une légère augmentation de la résilience. Cette variation est plus marquée près de l'âme lors de l'exécution du test.

B) Le Recuit

Le terme « recuit » regroupe divers traitements dont l'objectif principal est d'« adoucir » l'acier pour faciliter l'usinage. Il est également utilisé pour régénérer le grain ou pour éliminer les contraintes internes.

Il est important de noter que le recuit ne fournit généralement pas les caractéristiques finales les plus appropriées pour l'utilisation de l'acier. Le matériau subit presque toujours un traitement supplémentaire pour obtenir les caractéristiques optimales. Dans ce cas, le recuit est appelé « traitement thermique préliminaire » et le traitement final est appelé « traitement thermique de qualité ».

Types de recuit :

• Recuit de régénération
• Recuit d'épaississement des grains
• Recuit globulaire ou sphéroïdal (incluant le recuit globulaire sous-critique, le recuit globulaire régulier par austénitisation, et le recuit incomplet ou oscillant)
• Recuit d'homogénéisation
• Recuit sous-critique (ramollissement ou élimination de l'écrouissage)
• Recuit isotherme
• Recuit brillant

C) La Trempe

La trempe est un processus de chauffage suivi d'un refroidissement, généralement rapide, avec une vitesse minimale appelée vitesse « critique ».

L'objectif du cycle de durcissement est d'augmenter la dureté et la résistance. Cela est atteint en transformant la masse entière en austénite lors du chauffage, puis, grâce à un refroidissement rapide, l'austénite se transforme en martensite, le constituant typique des aciers trempés.