Procédé de traitement thermique

Pages: 8 (1786 mots) Publié le: 19 octobre 2012
Texte original issu du site : http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=4648
Traitement thermique
Le traitement thermique d'une pièce consiste à lui faire subir des transformations de structure grâce à des cycles prédéterminés de chauffage et de refroidissement afin d'en améliorer les caractéristiques mécaniques : dureté, ductilité –capacité à se déformer sans rompre-,limite d'élasticité, etc…
Ce procédé est souvent couplé avec l'emploi d'une atmosphère contrôlée lors de la mise en température de la pièce, soit pour éviter son oxydation, soit pour effectuer un apport moléculaire à sa surface.
Les traitements thermiques jouent également un rôle important dans le domaine de la tribologie, voir le chapitre spécialisé du Wikilivre consacré à ce sujet (lien).
Latrempe
La trempe s'effectue après une mise en solution de certains composés : Il s'agit de maintenir le matériaux à tremper à une température suffisante et suffisamment longtemps. On plonge ensuite la pièce dans un liquide (bain d'huile, eau, plomb fondu, etc ) ou on le refroidit avec un gaz (azote, air, etc).
Dans le cas des aciers, le but est d'éviter la précipitation de certains composés et ainsiaugmenter la dureté du matériau. Pour d'autres métaux, la trempe peut avoir l'effet inverse, par exemple avec les alliages d'aluminium ou aciers inoxydables.
Cas des aciers
La trempe des aciers comporte un chauffage jusqu’au-delà de la température d’austénitisation, un maintien à cette température pendant un temps déterminé et un refroidissement à une vitesse déterminée. Dans ce procédéintervient la mise en solution de précipités qui ont, de manière générale, des dimensions trop importantes pour obtenir finalement un durcissement optimal. C’est ici que le procédé d’austénitisation joue son rôle principal. Cette température doit être choisie de manière à assurer une bonne répartition des éléments d'alliage, ce qui assure un durcissement homogène. C'est pour cela qu'il est important,lors de la conception de pièces destinées à être trempées, de veiller à avoir une forme homogène de la pièce, afin d'éviter des concentrations de matière en certaines parties, qui peuvent poser problème lors du traitement thermique. Dans le domaine austénitique, le fer a une structure cubique à faces centrées (fer γ) qui possède des sites interstitiels plus grands que dans la structure cubiquecentrée (fer α), ce qui permet au carbone de se dissoudre beaucoup mieux dans le fer γ que dans le fer α. Si on le soumet maintenant à un refroidissement lent et en équilibre, il y aura précipitation du carbone et on retournera à l’état initial avant l’austénitisation, chose qui ne nous intéresse pas car on n’aura pas obtenu le durcissement souhaité. Par contre, si le refroidissement se produit à unevitesse assez rapide (gouvernée par différentes variables qu’on abordera plus tard), la précipitation est empêchée et en conséquence la matrice de fer est contrainte par les atomes de carbone. De cette façon, on obtient le durcissement. Ce traitement de trempe transforme l’austénite en martensite, qui présente une dureté proportionnelle à la teneur en carbone. De même, en fonction de la teneur encarbone du matériau, d'autres éléments peuvent apparaître, comme la bainite. En même temps, ce durcissement provoque aussi des effets indésirables comme par exemple une augmentation de la fragilité du matériau (résilience). C’est pour cette raison qu'après la trempe martensitique, on effectue toujours un revenu (au minimum un revenu de détente aux environs de 200°C). Après une trempe bainitique (outrempe isotherme), le revenu est inutile.
De nombreuses variables influencent la qualité et les propriétés mécaniques de l’acier trempé et elles sont toutes importantes à maîtriser:
* la température de trempe
* le temps de trempe
* le taux de refroidissement (" cooling rate ")
* la composition chimique du matériau
De plus, au cours de la trempe il apparaît certains problèmes...
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