Qu'est-ce que les procédés de traitement thermique ?

Le traitement thermique est défini comme un processus combiné de chauffage et de refroidissement du métal pour modifier les propriétés physiques et mécaniques d'un matériau. Le traitement thermique est utilisé pour homogénéiser l'alliage métallique coulé afin d'améliorer leur aptitude au travail à très haute température, pour modifier la microstructure de manière à obtenir les propriétés mécaniques souhaitées. Pour effectuer le processus de traitement thermique, la sécurité est la première priorité de la personne qui s'en occupe, car dans le processus, une grande quantité de dégagement de chaleur, si quelque chose ne va pas, peut entraîner des problèmes très graves. Le processus de traitement thermique est effectué dans le four et les fours où la température change selon les exigences et le métal sur le processus doit être exécuté, à part cela, les gaz sont utilisés pour contrôler l'atmosphère pour le processus particulier de traitement thermique. Lorsque le métal entre en contact avec l'atmosphère, il est possible que le métal puisse réagir avec l'atmosphère et participer à la réaction chimique. Dans l'atmosphère, de nombreux gaz et de l'humidité sont présents et peuvent affecter le processus de traitement thermique. C'est pourquoi, avant d'effectuer tout processus de traitement thermique, l'atmosphère de l'espace particulier doit être maintenue. Il réduit l'effet de l'oxydation sur les composants qui sont traités.

Le traitement thermique est associé à l'augmentation de la résistance du matériau, mais il n'est pas seulement associé à la résistance. Cela modifie également les aspects de fabrication tels que l'amélioration de l'usinage, la formabilité et, lorsque l'opération dépasse le matériau, lui restitue sa ductilité au refroidissement.

L'objectif du processus de traitement thermique.

• Affiner la taille du grain.
• Augmente l'usinabilité du matériau
• Élimine les contraintes résiduelles internes.
• Élimine les gaz qui fragilisent l'acier.
• Modifier la composition de la surface par diffusion.
• Pour obtenir les propriétés mécaniques, physiques ou chimiques souhaitées du matériau.
• Re ramollir l'acier trempé.

Les paramètres qui affectent la composition et les propriétés des matériaux du métal sont les suivants.

1. Ambiance
2. Placage de surface
3. Diffusion superficielle
4. Refroidissement
5. Chauffage
6. Entrée de travail
7. Heure

Classification du processus de traitement thermique :

Le traitement thermique peut être classé dans les types suivants.

Processus de traitement thermique courant :

1. Homogénéisation
2. Recuit
3. Normalisation

Le traitement utilisé pour modifier les propriétés de surface (chimie).

1. Carburation
2. Nitruration
3. Carbonitruration 
4. Nitro-cémentation

Le traitement utilisé pour modifier la structure de la phase.

1. Durcissement
2. Tempérage
3. Durcissement par induction.

Processus de traitement spécial

1. Frittage

L'introduction de base de tous ces processus de traitement thermique est donnée ci-dessous.

Processus de traitement thermique courant :

1. Homogénéisation

L'homogénéisation est un processus de traitement général lorsque le matériau est mis en service avant le début du traitement, l'homogénéisation est effectuée pour maintenir une température égale dans tout le matériau traité. Il est également effectué pour réduire l'effet de carottage causé par la composition chimique non uniforme.

2. Recuit.

Comme le dit le mot, le matériau est d'abord chauffé à très haute température, puis lentement refroidi. C'est l'un des procédés de traitement thermique qui est utilisé pour augmenter la ductilité du matériau et réduire la dureté. Lorsque la dureté et la ductilité du matériau changent, cela entraîne une réduction de la dislocation dans la structure cristalline d'un matériau. Le matériau est chauffé à la température préfixée, maintenez pendant un certain temps puis commencez à refroidir lentement à température ambiante. Si le matériau est de l'acier, il est réalisé en chauffant l'acier juste au-dessus de la température critique de l'acier, c'est-à-dire 727 degrés Celsius et en lui permettant de refroidir lentement.

Étapes du processus de recuit   

1. Étape de récupération         
2. Étape de recristallisation
3. Stade de croissance des grains.

3. Normalisation :

C'est le processus de traitement thermique dans lequel le matériau est chauffé au-dessus de 910 degrés Celsius pour terminer l'austénitisation. Une fois que le matériau atteint l'étape d'austénitisation puis il est refroidi en présence d'air pour obtenir la perlite fine, il a une bonne dureté et ductilité. Le processus de normalisation est utilisé pour le matériau ferreux afin d'améliorer les propriétés mécaniques du matériau.

Chimie de surface :

1.Carburation

Processus de traitement thermique superficiel de cémentation, qui est effectué à la surface du matériau afin d'augmenter la dureté et la résistance à l'usure du métal. Comme son nom l'indique, il y a un ajout de carbone à la surface du métal, en particulier de l'acier à faible teneur en carbone à la température prédéterminée. Il s'agit également du processus de cémentation dans lequel la partie du matériau à faible teneur en carbone est chauffée à des températures élevées en présence d'une atmosphère gazeuse riche en carbone. Lorsque le matériau est chauffé à haute température dans un environnement à haute teneur en carbone, permettre la diffusion des atomes de carbone directement dans la surface de la pièce où le processus de carburation doit être effectué. La quantité de carbone qui se diffuse dans la surface du métal dépend du potentiel carbone de l'atmosphère, de la température de chauffage et de la durée d'exposition du matériau à cette température. Afin de durcir à la fois le matériau du boîtier et celui du noyau, une trempe rapide doit être effectuée. Une fois la trempe terminée, la partie carburée du matériau est tempérée pour répondre aux exigences du client. Il améliore considérablement la ductilité et la ténacité du matériau.

Différentes méthodes de carburation
Carburation pack
Carburation gaz
Carburation sous vide
Carburation liquide

Avantages de la carburation :

• Il peut être effectué sur des pièces simples et complexes.
• Augmente la dureté de surface du matériau.
• Augmente la résistance à l'usure et la résistance à la fatigue du matériau.

2. Nitruration :

C'est aussi un processus de traitement thermique, comme son nom l'indique, l'azote est ajouté à la surface du matériau, en particulier de l'acier. Il existe deux méthodes impliquées dans le processus de nitruration, à savoir le processus gazeux et le processus plasma. En cours de nitruration, la partie matérielle est chauffée à 600 degrés Celsius en présence de gaz et d'ammoniac dissocié et la dureté est obtenue par la formation d'ammoniac à la surface de la partie métallique. Dans le procédé gazeux, l'ammoniac dissocié agit comme source alors que dans le cas du plasma, l'ion azote diffuse à la surface du matériau. Dans la nitruration gazeuse, le processus de trempe n'est pas nécessaire et développe le boîtier dur dans une partie matérielle à basse température. Dans les pénétrations de nitruration plasma du trou borgne n'est pas possible et c'est un processus très restreint.

Avantages de la nitruration

• Augmente la résistance à la fatigue.
• Augmente la résistance à l'usure et à la corrosion
• Une dureté élevée peut être obtenue par rapport à la dureté cémentée.
• Pas besoin de trempe.
• Déformation minimale de la pièce.

3. Carbonitruration :

Le processus de carbonitruration est effectué sur la surface du matériau pour produire un boîtier dur et résistant à l'usure. Comme son nom l'indique, le carbone et l'azote sont impliqués dans ce processus. La diffusion du carbone et de l'azote augmente la trempabilité du matériau, plus dure que le processus de carburation. Pour effectuer le processus de carbonitruration, une température plus basse est nécessaire que la carburation, en raison de cette distorsion du matériau réduit. 0,5 à 0,8% de carbone et 0,2 à 0,4% sont ajoutés dans ce procédé à la surface du matériau. Une fois la diffusion effectuée, les composants sont directement trempés dans l'huile pour éviter la fissuration.

Avantages :

• Dureté de surface élevée et résistance à l'usure.
• Augmente la résistance à la fatigue de 30 à 100 %.
• En raison de la réduction de la distorsion à basse température.
• Convient aux applications à haute température.
• Augmente la résistance à la traction et la limite d'élasticité.

4. Nitrocarburation ferritique :

Il s'agit également d'un processus de cémentation et il est utilisé pour produire une surface dure et résistante à l'usure sur les matériaux en acier de faible qualité. La nitrocarburation ferritique diffuse de l'azote et du carbone dans le boîtier d'une pièce en dessous de la température critique de 650 degrés Celsius. À cette température, la microstructure de la pièce ou du matériau ne se transforme pas en phase austénitique, elle reste en phase ferritique, c'est pourquoi elle est appelée nitrocarburation ferritique.

Le traitement utilisé pour modifier la structure de phase :

1. Durcissement
2. Tempérage
3. Durcissement par induction.

1.Durcissement

Il est utilisé essentiellement pour les métaux ferreux. Le métal est chauffé à une température prédéterminée puis refroidi rapidement en plaçant le métal chauffé dans le réservoir rempli d'eau. Il peut également être refroidi à l'air pour durcir le métal. Il augmente la dureté et la résistance du métal mais en même temps augmente la fragilité du métal.

2. Trempe

Lorsque l'acier est chauffé, ses propriétés subissent des changements tels que la dureté et la fragilité, ce qui est plus important pour l'application pratique. Lorsque le métal s'échauffe, il se dilate et en refroidissant sa forme se contracte. Lors du refroidissement du métal, des contraintes internes se créent. Ainsi, le métal est trempé une fois que la dureté est faite sur la surface du métal pour soulager les contraintes internes et réduire la fragilité. Lors de la trempe, le métal de traitement est chauffé à une température spécifiée et permet un refroidissement à l'air calme. La température de revenu est inférieure à la température de dureté.

3. Trempe par induction

La trempe par induction est un processus de traitement de surface utilisé pour durcir la surface des composants en acier et en alliage. Les pièces métalliques sont placées à l'intérieur de la bobine de cuivre refroidie à l'eau.

Cette bobine de cuivre est reliée au courant alternatif. Le courant est fourni à la bobine de cuivre et les parties métalliques sont chauffées au-dessus de la température de transformation. Dans ce processus, la partie centrale du métal reste insensible à la chaleur. La pièce est conservée à l'intérieur de la bobine de cuivre refroidie à l'eau jusqu'à ce que la profondeur de dureté souhaitée soit atteinte. Une fois la dureté atteinte, elle est ensuite trempée dans l'huile ou dans un autre milieu en fonction du matériau et de la dureté requis.

Processus de traitement spécial

1. Frittage

Le frittage est un procédé de traitement thermique; il est appliqué à un compact de puissance pour conférer la résistance et l'intégrité du matériau. Le métal est chauffé en dessous de la température de fusion du matériau qui évite la liquéfaction. Le processus de frittage réduit la porosité du matériau et améliore les propriétés du métal telles que la résistance, la dureté, la conductivité thermique, etc.

Il s'agit d'une introduction de base au processus de traitement thermique. Si vous avez des questions concernant cet article, demandez en commentant. Si vous aimez cet article, n’oubliez pas de le partager sur les réseaux sociaux. Abonnez-vous à notre site Web pour plus d'articles informatifs. Merci de l'avoir lu.