Traitement thermique

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Traitements thermiques des aciers

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F. TRAITEMENTS THERMIQUES ET TREMPABILITÉ DES ACIERS

1. Introduction Par traitement thermique, on désigne toute opération faite à chaud et destinée à modifier la microstructure d'un métal pour lui donner de nouvelles caractéristiques. Pour les aciers au carbone et les aciers faiblement alliés, certains traitements sont quasi obligatoires pour obtenirune performance optimale. Ces traitements sont la trempe et le revenu. Ils permettent de modifier et d'ajuster les propriétés mécaniques de l'acier: limite élasticité, résistance à la traction, ténacité, dureté et résilience aux besoins de l'utilisation. D'autres traitements, normalement désignés comme recuits, visent à amener le métal vers un équilibre structural et mécanique. Ils ont donc pourbut de faire disparaître les états hors équilibre résultant des traitements antérieurs, thermiques ou mécaniques. Le recuit d'homogénéisation s'applique aux aciers bruts de coulée pour lesquels le refroidissement a entraîné l'hétérogénéité de composition chimique (ségrégation) de l'austénite. Il s'obtient en maintenant l'acier dans le domaine austénitique (solution solide ) à une température aussiélevée que possible afin d'accélérer la diffusion du carbone et celle des autres éléments d'alliage. Le recuit de régénération ou normalisation sert à affiner le grain (le rendre plus petit) pour les pièces qui ont subi un grossissement de grain parce qu'ils étaient exposés à une température élevée lors d'une opération de forgeage, moulage ou soudage. Le traitement s'effectue, pour une durée dequelques minutes, entre 50 à 100°C au-dessus de la limite inférieure du domaine austénitique (fig. 1). Le refroidissement (normalement à l'air) ne doit pas être trop lent pour éviter un grossissement de grain de la ferrite. Sous les mêmes conditions, mais pour une durée un peu plus longue (15 à 30 min) on pratique le recuit d'adoucissement sur les pièces trempées pour faciliter ensuite leur usinageet formage. On peut obtenir le même résultat par un revenu à une température en-dessous de la température de transformation pendant environ 15h. Le recuit de détente remet l'alliage en équilibre mécanique en diminuant les contraintes résiduelles (contraintes internes) résultant d'un travail à froid ou d'une opération de soudage. La température du traitement n'est pas liée à la transformation maisdépend fortement de l'acier.

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Le recuit de recristallisation sert à diminuer la fragilité d'un métal écroui et de lui redonner sa capacité de déformation. Pour un acier ordinaire, ce traitement s'effectue au-dessus de 600°C. Il est clair qu'un de ces traitements mentionnés peut remédier à plusieurs défauts à la fois. Ceci est évident puisque les domainesde température des différents traitements se recouvrent partiellement (fig. 2). Le but de cette expérience est de réaliser les traitements thermiques de trempe et revenu, sur des aciers au carbone et des aciers faiblement alliés ainsi que de mettre en évidence, par des mesures de dureté, l'influence de la teneur en carbone et des éléments alliés. La deuxième partie de l'expérience sera consacréeà l'essai Jominy, qui permet d'étudier de façon simple et directe l'effet de la vitesse de refroidissement lors de la trempe en bout et d’étudier la trempabilité d’un acier.

Fig. 1

Diagramme d'équilibre des aciers au carbone

2. Le durcissement par trempe des aciers au carbone et des aciers faiblement alliés Le durcissement par trempe se déroule en trois étapes : l'austénitisation, latrempe et le revenu.

2.1 L'austénitisation L'austénitisation consiste d'abord à chauffer l'acier puis de le maintenir pendant environ 30 minutes dans son domaine austénitique, à au moins quelques degrés (30-50°C) au-dessus de son point de transformation. Durant l'austénitisation, la structure de l'acier s'homogénéise en

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transformant les éléments...
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