Les types de traitement

Le recuit

Les pièces coulées, forgées, présentent de nombreux défauts dus à une série d'opérations exécutées à des températures plus ou moins basses et à des inégalités de température existant dans le cœur du métal. Les pièces façonnées par déformation à froid subissent un écrouissage qui entraîne l'altération de leurs propriétés d'allongement. de résilience et de malléabilité. Le recuit permet de détruire l'effet de ces irrégularités. Il consiste, en général à chauffer une pièce, et à la laisser refroidir à une vitesse relativement lente. La température de recuit, ainsi que les conditions de chauffage et de refroidissement, dépendent du type d'acier, de la dimension des pièces et de l'objet du traitement. On obtient ainsi, en éliminant les variations de structure et les tensions internes, un état d'équilibre et une amélioration des caractéristiques: homogénéité du métal, allongement et malléabilité, propriétés requises pour un usinage ultérieur ou pour une utilisation immédiate de pièces finies. Il existe plusieurs types de recuits qui, pratiquement, sont comparables sur le plan technique, mais qui sont effectués dans des buts différents. Le recuit d'adoucissement Ce procédé est utilisé sur les pièces trempées pour atténuer les effets de la trempe et détruire les constituants durs formant obstacle à un usinage ultérieur. On chauffe le métal entre 850° et 900°C environ. Le refroidissement doit être très lent pour les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés, et rapide pour les aciers austénitiques. Une méthode particulière d'adoucissement consiste à utiliser un cycle thermique permettant de « sphéro ïdiser» ou « globulariser » la perlite, en chauffant l'acier et en le laissant refroidir tout juste au-dessous et autour duquel on fait intervenir de faibles variations de température pour faciliter la formation de petites sphérules de carbure de fer, dans une matrice perlitique. Ce procédé applicable aux aciers au carbone et aux aciers alliés - mais non aux aciers austénitiques - est parfois utilisé avant une opération d'usinage ou avant des travaux difficiles de déformation à froid. Le recuit de régénération Il est appliqué à un acier qui a été surchauffé, au cours du forgeage ou du laminage par exemple. Un acier surchauffé est caractérisé par un grain grossier, cristallisé, et présente une malléabilité médiocre. Ce procédé a pour but d'affiner le grain et rendre l'acier plus apte à l'usinage. Il comporte égalemefnt le chauffage et le maintien de l'acier, pendant un temps très court, à une température. Les grains se multiplient lors de la transformation de la perlite en austénite. Le refroidissement à l'air doit être suffisamment lent pour éviter une granulation ferritique de dimension trop importante. Le recuit de régénération est donc très voisin du recuit d'adoucissement, ils ne diffèrent que par le but à atteindre; l'acier conservant cependant, dans le premier cas, une plus grande résistance à la traction que dans le second cas. La granulation est un élément très important qui dépend de la température et du temps de maintien à cette température. La présence d'éléments d'addition: chrome, vanadium, tungstène, etc... forme un obstacle au grossissement du grain. Le recuit de stabilisation Le procédé est utilisé pour éliminer les effets d'un travail mécanique à chaud trop intense, (forgeage) et terminé à une température trop basse. Pour détruire ces effets qui ont provoqué une rupture de l'équilibre moléculaire des constituants, il est nécessaire de chauffer l'acier à une température bien supérieure. Dans ces conditions, le métal rendu plus malléable peut ainsi se détendre et reprendre une certaine régularité de texture. Les tensions internes disparaissent et par conséquent les causes de déformations lors d'une trempe ultérieure. Mais ce chauffage à température élevée provoque une cristallisation grossière qui diminue la résilience du métal. Un deuxième recuit, qui permettra d'obtenir une cristallisation plus fine, est donc souvent nécessaire. Le recuit de recristallisation C'est un recuit de régénération destiné à faire recristalliser un acier pour obtenir un grain plus fin, après un recuit de stabilisation. On l'utilise également pour régulariser les effets des contraintes provoquées par la déformation à froid à une température inférieure : (emboutissage par exemple), les parties extérieures des pièces ainsi façonnées étant plus écrouies qu'à cœur. Dans ce cas, la structure cristalline du métal a été d'autant plus modifiée que les contraintes de déformation ont été plus importantes. Ce traitement est absolument nécessaire entre chaque opération de déformation importante.

La trempe et le revenu

Définition de la trempe et du revenu La trempe est une opération qui consiste à chauffer uniformément un acier à une température puis à le refroidir de façon rapide et continue. Le maintien en température doit être suffisamment prolongé pour que tous les carbures passent en solution, sans produire d'accroissement du grain de l'austénite. La vitesse de refroidissement doit être supérieure à un seuil appelé vitesse critique de trempe, marquant une discontinuité dans la loi d'abaissement du point de transformation au refroidissement, et au-delà de laquelle on obtient la suppression des structures d'équilibre de ferrite et de cémentite à basse température. Cette vitesse étant dépassée, on assiste à un rejet de ces deux constituants vers 350°C et à l'apparition de la martensite, avec un accroissement très important de la dureté. Pour provoquer ce refroidissement rapide on utilise des fluides, dits fluides de trempe qui sont : les saumures, l'eau, les émulsions d'huiles solubles, les gaz, l'air, les sels fondus. En général, pendant le refroidissement, le fluide de trempe est agité pour obtenir un effet de refroidissement uniforme. Mais, pour la plupart des utilisations, la martensite est trop dure, trop fragile, et soumise à des tensions internes. Par conséquent. les aciers utilisés directement après trempe peuvent faire apparaitre des déformations et comporter des tapures. Pour éliminer ces tensions, on procède à l'opération de revenu, qui permet de contrôler exactement les propriétés mécaniques de l'acier en réduisant dans une certaine mesure sa dureté et sa résistance à la traction, mais en augmentant sa ductilité, c'est-à-dire son coefficient d'allongement et sa résilience. Le revenu consiste à réchauffer une pièce trempée, à une température inférieure pendant un temps déterminé. La martensite se dissocie en un complexe de cémentite dispersée dans du fer alpha, pour former des globules microscopiques agglomérés. On obtient une structure sorbitique ou troostitique suivant les températures choisies. Si l'on prolonge le chauffage jusqu'à une température suffisante, on obtiendra finalement l'équilibre perlitique semblable à celui obtenu après le recuit d'adoucissement. Les facteurs influencant les résultats du revenu sont la température et le temps. Au-delà d'une heure, les transformations sont très lentes. La vitesse de refroidissement n'a, en principe, pas d'importance, à l'exception d'un refroidissement trop brutal qui pourrait provoquer des tensions internes. Ce sont les fours à recyclage d'air qui permettent d'obtenir le chauffage le plus rationnel pour les opérations de revenu, mais on utilise également les bains d'huile et de sels. Les différents procédés de trempe Les divers procédés de trempe permettent d' obtenir des résuItats différents, en faisant varier la vitesse de refroidissement et la rapidité de la transition au point de transformation. La trempe normale c'est le procédé le plus couramment employé pour la trempe des aciers et de leurs alliages. Les pièces sont immergées complètement dans le fluide de trempe et sont retirées après refroidissement, à une température voisine de celle du bain. Le fluide est soumis à une agitation permanente pour assurer une trempe uniforme dans toutes les parties des pièces. Les pièces peuvent également être agitées, selon la disposition de l'installation, La trempe partielle consiste à chauffer seulement la partie de la pièce qui doit subir la trempe, et immerger ensuite la totalité de cette pièce dans le bain de trempe. On peut chauffer aussi entièrement la pièce et ne tremper que la partie à durcir; dans ce cas il convient de communiquer à la pièce un mouvement vertical, de manière à obtenir un refroidissement progressif au-dessus de la limite de la partie à tremper. L'hvpertrempe les aciers austénitiques dont la structure ne change pas, aussi bien par chauffage que par refroidissement, ne « prennent » pas la trempe. Le procédé d'hypertrempe permet d'adoucir ces aciers et consiste à chauffer les pièces vers 1100 °C. Le refroidissement doit être rapide pour éviter la précipitation des carbures vers 600 à 800 °C. Il est donc effectué en général à l'eau. L'huile est utilisée comme fluide de trempe pour les aciers à forte teneur en nickel. Cette technique est appliquée plus particulièrement au traitement des aciers inoxydables et des aciers ferromanganèse, pour permettre d'effectuer un usinage ultérieur ou maintenir - ou remettre - en solution dans l'austénite, les carbures dont la précipitation dans les espaces inter-grains favoriserait la corrosion cristalline. La trempe en deux phases peut se pratiquer suivant deux méthodes distinctes. 1 / L'installation comporte à la partie inférieure du bac de trempe une charge d'eau et à la partie supérieure, une nappe d'huile minérale, d'une épaisseur déterminée. Les pièces sont d'abord immergées dans l'huile, où elles peuvent être maintenues pendant un temps plus ou moins long, et subissent ainsi un premier refroidissement. Puis, dans un deuxième temps, les pièces sont immergées plus profondément pour passer au contact de l'eau. Ce procédé permet d'obtenir une trempe adoucie sur des aciers sensibles aux déformations et aux tapures, mais qui accuseraient une dureté insuffisante en subissant seulement une trempe à l'huile. 2/ L'installation comporte à la partie inférieure du bac une charge d'huile spéciale, de densité supérieure à celle de l'eau et à la partie supérieure, une nappe d'eau. Ce procédé est appliqué lorsque l'obtention de très grandes duretés exige une courte période de refroidissement énergique et immédiat suivie d'une phase de détente dans l'huile. La trempe au jet ce procédé convient particulièrement à la trempe de pjèces compliquées, de sections très différentes. Pendant l'opération, le jet est dirigé sous pression sur les masses les plus importantes de la pièce, au centre des surfaces, pour obtenir un équilibre rapide entre les différentes parties de celle-ci: arêtes, faibles et fortes épaisseurs, afin d'éviter les déformations et les tapures. On utilise souvent ce procédé pour la trempe à l'huile de cylindres creux de petit diamètre, l'huile sous pression étant projetée énergiquement à l'intérieur de l'alésage, ce qui permet d'obtenir des surfaces extrêmement dures. Les différents procédés de revenu Dans la plupart des procédés de revenu, on place la pièce froide dans un four, ou on l'immerge dans un bain qui est déjà porté à la température requise. Pour certains aciers, le changement brusque peut créer des contraintes internes, d'une part à cause du gradient de température de la surface au noyau, d'autre part par suite de la contraction de la martensite chauffée. Le changement peut être brutal, aussi les techniques de chauffage varient suivant les cas. - Dans certains cas délicats, le bain et l'acier sont froids au départ et on les chauffe ensemble; on peut utiliser un four à air chaud à circulation forcée, dans lequel la chaleur émise par les résistances électriques est absorbée lentement et progressivement par l'acier, même si la température de revenu est très élevée. - Si l'on choisit le procédé d'immersion dans un bain. le choix du fluide est dicté par la température de revenu. Pour des températures inférieures à 280 °C environ, on utilise les huiles minérales. Pour des températures supérieures à 280 °C et s'échelonnant jusqu'à 6500 C. on utilise les sels fondus, le plomb fondu, ou un four électrique à circulation d'air. Les bains de sels doivent toujours être employés à une température un peu supérieure à celle de leur point de fusion, car, lors de l'immersion de la pièce dans le liquide, il se produit un abaissement de température qui provoque un dépôt de sel cristallin sur la pièce, ce dépôt disparaissant dès que la pièce a pris la température du bain.

Les traitements isothermiques

Les courbes temps-température-transformation (TTT) Le diagramme d'équilibre fer-carbone ne donne pas d'information sur les vitesses de refroidissement et ne concerne que les aciers au carbone, c'est-à-dire les aciers non alliés. D'autre part, dans le cas de la trempe classique, on fait varier à la fois, pour un acier déterminé, la température et le temps, la vitesse de refroidissement étant fonction du fluide de trempe utilisé. Si, au contraire, on examine la transformation de l’austénite à différentes températures, déterminées en fonction du temps, on obtient un ensemble de courbes appelées courbes temps-température-transformation, ou courbes T.T.T. ou encore courbes en S en raison de leur forme, bien qu'elles aient souvent, surtout en ce qui concerne les aciers alliés, une forme plus complexe. La trempe bainitique Ce procédé doit son nom aux constituants qui résultent de ce traitement. La trempe s'effectue, après chauffage dans un bain de sels maintenu à température constante au dessus de la limite supérieure de la formation de la martensite, soit vers 350°C. Le maintien à cette température doit être prolongé jusqu'à ce que l'austénite se soit complètement transformée en bainite, ensuite l'acier refroidit à la température ambiante. La trempe bainitique est employée pour le traitement des aciers à moyenne ou forte teneur en carbone, comportant du manganèse, et parfois d'autres éléments alliés. La trempe bainitique est maintenant de plus en plus utilisée car elle permet de bénéficier des mêmes avantages que procure la trempe classique suivie d'un revenu, en ce qui concerne les propriétés mécaniques des aciers, d'obtenir un minimum de déformation et de supprimer les risques de tapures. Toutefois ce procédé présente l'inconvénient d'être plus lent que la trempe classique, la durée du séjour dans le bain étant fonction de la température de celui-ci et de la composition de l'acier. Ce temps peut être déterminé à l'aide des courbes T.T.T. La trempe martensitique Ce procédé porte aussi le nom de trempe étagée. Tout comme la trempe bainitique, il diminue la sensibilité aux déformations et réduit les risques de tapures. La trempe martensitique consiste à refroidir rapidement un acier austénitisé, dans un bain porté à une température supérieure. Là encore, la pièce est maintenue dans le bain pendant le temps nécessaire à l'obtention d'une température uniforme. Durant ce stade, l'acier ne subit pas de transformation, à condition de ne pas « écorcher» le nez de la courbe T.T.T. Ensuite, comme dans la trempe bainitique, on laisse refroidir la pièce jusqu'à la température ambiante. Pendant le refroidissement, l'austénite se transforme en martensite. La transformation amorcée dans le bain d'huile (ou de sels) s'achève pendant le refroidissement à l'air; d'où le nom de trempe étagée. Ce procédé est en général limité par la nuance des aciers. Ceux-ci doivent être suffisamment riches en éléments alliés pour que la position du « nez» de la courbe T.T.T. permette de garantir un refroidissement sans transformation. Le « nez» de la courbe doit être d'autant plus déporté vers la droite du diagramme que la pièce est plus volumineuse. Cette trempe martensitique est souvent suivie d'un revenu, comme dans la trempe classique. La trempe subzéro Ce procédé consiste à refroidir dans la neige carbonique, ou l'air liquide. les pièces traitées en trempe étagée martensitique dont la transformation austénite-martensite est insuffisante pour obtenir la dureté recherchée. Cette trempe est très intéressante avec les aciers cémentés pour lesquels la température de trempe n'est qu'un compromis entre la température assurant la trempe à cœur et celle assurant la trempe des couches extérieures. Le recuit isotherme Cette opération, résultant de l'étude des courbes T.TT.. permet de simplifier l'opération de recuit classique et de réduire ainsi le temps nécessaire à son exécution. Avant que les pièces forgées n'aient atteint en refroidissant la température de 690/700 °C, on les immerge dans un bain de sel maintenu à température constante. Les pièces sont ensuite refroidies. La température du bain et le temps d'immersion sont déterminées par l'étude des courbes T.T.T. La température retenue est déterminée par la partie la plus à gauche de la courbe, juste au-dessous du point critique. Dans cet intervalle, la structure sera d'autant plus grossière, et la dureté d'autant plus faible, que la température sera plus élevée, mais une température trop élevée – ou trop basse - augmente la durée de la transformation. Ce procédé, applicable aux aciers alliés, est utilisé fréquemment dans la métallurgie.

Les TT modifiant la composition chimique des aciers

Ces traitements modifient, sous une épaisseur plus ou moins importante, la composition initiale des aciers en y incorporant un élément complémentaire. La modification a lieu sous une température élevée pour assurer l'interdiffusion de l'élément suivant des lois bien déterminées et suivant les conditions particulières à chaque élément. Les éléments le plus couramment incorporés par diffusion sont le carbone et l'azote; mais les diffusions de soufre sont également utilisées. La cémentation Dans la cémentation, les couches extérieures d'une pièce deviennent très dures tandis que le noyau reste ductile. Le procédé comporte, tout d'abord, une opération dans laquelle la surface est enrichie en carbone, ou en carbone et en azote, par un chauffage de longue durée dans un milieu de carburalion qui peut être un solide en granulés, un liquide ou un gaz. Dans le traitement le plus simple et le plus courant, la pièce est refroidie directement après l'opération de carburation. Dans les traitements plus élaborés, on effectue ensuite deux traitements thermiques ; l'un pour affiner et renforcer le noyau, l'autre pour durcir la surface. La cémentation en vase clos Dans ce procédé qui n'exige pas d'installation spéciale, les pièces sont placées en caisses métalliques au contact de substances carbonées solides, telles que des os broyés, du charbon, en même temps que d'un activant comme le carbonate de baryum, lequel facilite la circulation des gaz à travers les caisses. Celles-ci sont scellées, puis chauffées et maintenues à une température supérieure. Dans ces conditions, le carbone est absorbé par les couches superficielles et l'on obtient une teneur en carbone d'environ 1,0 %. En huit heures environ on obtient une profondeur de cémentation qui peut atteindre 1,6 mm. Le milieu de carburation est de l'oxyde de carbone. La cémentation gazeuse C'est un procédé de cémentation plus rapide, plus direct et plus facile à contrôler que le procédé de cémentation en caisse. Il est basé sur les propriétés carburantes d'un mélange de gaz (carbures d'hydrogène et oxyde de carbone) qui circule dans un four, au contact des pièces à cémenter. Ces gaz: l'oxyde de carbone et le méthane, qui pyrolysent à la température de carburation, fournissent le carbone superficiel. Une méthode courante consiste à introduire le milieu de carburation dans une cornue chauffée et fermée dans laquelle on fait culbuter mécaniquement la pièce. On utilise généralement des gazogènes dans lesquels l'atmosphère de carburation est produite de façon endothermique à partir de gaz contenant du carbone, enrichis d'hydrocarbures. La cémentation gazeuse permet de contrôler très exactement la profondeur de cémentation et elle est plus rapide que la cémentation en caisse, car le temps nécessaire pour chauffer le matériel se trouve économisé. Autre avantage, la cémentation peut être suivie par un cycle de diffusion au cours duquel il n'y a pas admission de gaz, ce qui fait baisser la teneur du carbone en surface et permet d'obtenir une meilleure graduation de la couche de cémentation. Ce procédé nécessite toutefois des investissements importants et son emploi ne peut donc être envisagé que pour des traitements de grandes séries de pièces. La carbonitruration La carbonitruration est une méthode gazeuse de cémentation dans laquelle on introduit de l'azote ainsi que du carbone dans la surface de l'acier. Ce procédé est largement utilisé et il présente l'avantage d'une mise en œuvre à relativement basse température, habituellement entre 815 et 875 °C. De même qu'avec la cémentation gazeuse, on peut utiliser un gazogène endothermique; en fait, on peut utiliser le mème gaz porteur dans les deux procédés. La seule différence est qu'on ajoute, en carbonitruration, un troisième gaz: de l'ammoniac anhydre qui pyrolyse pour produire de l'azote et de l'hydrogène naissant. La carbonitruration a largement remplacé le traitement en bain de cyanure à cause des risques que présentait la mise en œuvre de celui-ci. Dans ce procédé, les pièces d'acier sont immergées dans un bain de sel de cyanure fondu et sont maintenues à une température d'environ 870°C; cette opération permet d'obtenir un mélange de carbures et de nitrures dans la couche superficielle. La nitruration Le procédé de nitruration consiste à soumettre les aciers spéciaux trempés et « revenus» à l'action du gaz ammoniac, sous des températures qui varient habituellement entre 500 et 550° C, Il se produit différentes combinaisons fer-azote, en particulier du nitrure de fer, ainsi qu'une solution solide à faible teneur en azote. Les éléments d'addition: chrome, tungstène, etc... se combinent également àl'azote pour former également des nitrures. Le durcissement superficiel est considérable et l'action de l'azote est progressive, de sorte que la couche durcie est solidement liée au noyau. La température de l'opération, relativement basse, permet d'éviter, en grande partie, les déformations qui peuvent se produire lors du durcissement par d'autres procédés, en particulier par la cémentation. On constate cependant un très léger « gonflement », dont il convient de tenir compte.

	Achat vente de fours industriels et étuves d'occasion Free adds of used industrial furnaces & ovens

© Patherm SA - Fours et étuves industriels d'occasion