Qu'est-ce que le traitement thermique ? - Processus et méthodes

Qu'est-ce que le traitement thermique ?

Le traitement thermique est le processus de chauffage et de refroidissement des métaux, en utilisant des méthodes spécifiques prédéterminées pour obtenir les propriétés souhaitées. Les métaux ferreux et non ferreux subissent un traitement thermique avant d'être utilisés.

Au fil du temps, de nombreuses méthodes différentes ont été développées. Aujourd'hui encore, les métallurgistes s'efforcent constamment d'améliorer les résultats et la rentabilité de ces procédés. Pour cela, ils développent de nouveaux horaires ou cycles pour produire une variété de grades. Chaque programme fait référence à un taux différent de chauffage, de maintien et de refroidissement du métal.

Ces méthodes, lorsqu'elles sont suivies méticuleusement, peuvent produire des métaux de différentes normes avec des propriétés physiques et chimiques remarquablement spécifiques.

Les avantages du traitement thermique

Il existe diverses raisons pour effectuer un traitement thermique. Certaines procédures rendent le métal mou, tandis que d'autres augmentent sa dureté. Ils peuvent également affecter la conductivité électrique et thermique de ces matériaux.

Certaines méthodes de traitement thermique soulagent les contraintes induites lors des processus de travail à froid antérieurs. D'autres développent des propriétés chimiques souhaitables pour les métaux. Le choix de la méthode parfaite dépend vraiment du type de métal et des propriétés requises.

Dans certains cas, une pièce métallique peut subir plusieurs traitements thermiques. Par exemple, certains superalliages utilisés dans l'industrie aéronautique peuvent subir jusqu'à six étapes de traitement thermique différentes pour les optimiser pour l'application.

Étapes du processus de traitement thermique

En termes simples, le traitement thermique consiste à chauffer le métal, à le maintenir à cette température, puis à le refroidir. Au cours du processus, la pièce métallique subira des modifications de ses propriétés mécaniques. En effet, la température élevée modifie la microstructure du métal. Et la microstructure joue un rôle important dans les propriétés mécaniques d'un matériau.

Le résultat final dépend de nombreux facteurs différents. Ceux-ci incluent le temps de chauffage, le temps de maintien de la pièce métallique à une certaine température, la vitesse de refroidissement, les conditions environnantes, etc. Les paramètres dépendent de la méthode de traitement thermique, du type de métal et de la taille de la pièce.

Au cours de ce processus, les propriétés du métal changeront. Parmi ces propriétés figurent la résistance électrique, le magnétisme, la dureté, la ténacité, la ductilité, la fragilité et la résistance à la corrosion.

1. Chauffage

Comme nous l'avons déjà mentionné, la microstructure des alliages changera pendant le traitement thermique. Le chauffage s'effectue selon un profil thermique prescrit.

Un alliage peut exister dans l'un des trois états différents lorsqu'il est chauffé. Il peut s'agir d'un mélange mécanique, d'une solution solide ou d'une combinaison des deux.

Un mélange mécanique est analogue à un mélange de béton où le ciment lie le sable et le gravier ensemble. Le sable et le gravier sont toujours visibles sous forme de particules distinctes. Avec les alliages métalliques, le mélange mécanique est maintenu par le métal de base.

En revanche, dans une solution solide, tous les composants sont mélangés de manière homogène. Cela signifie qu'ils ne peuvent pas être identifiés individuellement, même au microscope.

Chaque état apporte des qualités différentes. Il est possible de changer l'état par chauffage selon le diagramme de phase. Le refroidissement, cependant, détermine le résultat final. Il est possible que l'alliage se retrouve dans l'un des trois états, uniquement en fonction de la méthode.

2. Tenir

Pendant l'étape de maintien ou de trempage, le métal est maintenu à la température atteinte. La durée dépend des besoins.

Par exemple, la cémentation ne nécessite que des changements structurels à la surface du métal afin d'augmenter la dureté de surface. Dans le même temps, d'autres méthodes nécessitent des propriétés uniformes. Dans ce cas, la période de détention est plus longue.

Le temps de trempage dépend également du type de matériau et de la taille de la pièce. Les pièces plus grandes nécessitent plus de temps lorsque l'objectif est d'avoir des propriétés uniformes. Il faut juste plus de temps pour que le cœur d'une grande pièce atteigne la température requise.

3. Refroidissement

Une fois l'étape de trempage terminée, le métal doit être refroidi de la manière prescrite. A ce stade également, des changements structurels se produisent. Une solution solide lors du refroidissement peut rester la même, devenir un mélange mécanique complètement ou partiellement, en fonction de divers facteurs.

Différents fluides tels que la saumure, l'eau, l'huile ou l'air forcé contrôlent la vitesse de refroidissement. La séquence des milieux de refroidissement nommés ci-dessus est dans l'ordre décroissant du taux effectif de refroidissement. La saumure absorbe la chaleur le plus rapidement, tandis que l'air est le plus lent.

Il est également possible d'utiliser des fours dans le processus de refroidissement. L'environnement contrôlé permet une grande précision lorsqu'un refroidissement lent est nécessaire.

Méthodes de traitement thermique

Il existe plusieurs techniques de traitement thermique parmi lesquelles choisir. Chacun d'eux apporte certaines qualités.

Les méthodes de traitement thermique les plus courantes incluent :

• Recuit
• Normalisation
• Durcissement
• Vieillissement
• Soulagement du stress
• Tempérage
• Carburation

1. Recuit

Lors du recuit, le métal est chauffé au-delà de la température critique supérieure, puis refroidi lentement.

Un recuit est effectué pour ramollir le métal. Il rend le métal plus adapté au travail à froid et au formage. Il améliore également l'usinabilité, la ductilité et la ténacité du métal.

Le recuit est également utile pour soulager les contraintes dans la pièce causées par les processus de travail à froid antérieurs. Les déformations plastiques présentes sont éliminées lors de la recristallisation lorsque la température du métal franchit la température critique supérieure.

Les métaux peuvent subir une pléthore de techniques de recuit telles que le recuit de recristallisation, le recuit complet, le recuit partiel et le recuit final.

2. Normaliser

La normalisation est un processus de traitement thermique utilisé pour soulager les contraintes internes causées par des processus tels que le soudage, le moulage ou la trempe.

Dans ce processus, le métal est chauffé à une température supérieure de 40 °C à sa température critique supérieure.

Cette température est supérieure à celle utilisée pour la trempe ou le recuit. Après l'avoir maintenu à cette température pendant une période de temps déterminée, il est refroidi à l'air. La normalisation crée une taille et une composition de grain uniformes dans toute la pièce.

Les aciers normalisés sont plus durs et plus résistants que l'acier recuit. En fait, sous sa forme normalisée, l'acier est plus résistant que dans toute autre condition. C'est pourquoi les pièces qui nécessitent une résistance aux chocs ou qui doivent supporter des charges externes massives seront presque toujours normalisées.

3. Durcissement

Le processus de traitement thermique le plus courant de tous, le durcissement est utilisé pour augmenter la dureté d'un métal. Dans certains cas, seule la surface peut être durcie.

Une pièce est durcie en la chauffant à la température spécifiée, puis en la refroidissant rapidement en la plongeant dans un milieu de refroidissement. De l'huile, de la saumure ou de l'eau peuvent être utilisées. La pièce résultante aura une dureté et une résistance accrues, mais la fragilité augmente également simultanément.

La cémentation est un type de processus de trempe dans lequel seule la couche externe de la pièce est durcie. Le processus utilisé est le même mais comme une fine couche externe est soumise au processus, la pièce résultante a une couche externe dure mais un noyau plus mou.

Ceci est courant pour les arbres. Une couche extérieure dure le protège de l'usure des matériaux. Lors du montage d'un roulement sur un arbre, cela peut autrement endommager la surface et disloquer certaines particules qui accélèrent alors le processus d'usure. Une surface durcie offre une protection contre cela et le noyau a toujours les propriétés nécessaires pour gérer les contraintes de fatigue.

4. Vieillissement

Le vieillissement ou le durcissement par précipitation est une méthode de traitement thermique principalement utilisée pour augmenter la limite d'élasticité des métaux malléables. Le processus produit des particules uniformément dispersées dans la structure du grain d'un métal, ce qui entraîne des changements de propriétés.

Le durcissement par précipitation survient généralement après un autre processus de traitement thermique qui atteint des températures plus élevées. Le vieillissement, cependant, n'élève la température qu'à des niveaux moyens et la fait redescendre rapidement.

Certains matériaux peuvent vieillir naturellement (à température ambiante) tandis que d'autres ne vieillissent qu'artificiellement, c'est-à-dire à des températures élevées. Pour les matériaux vieillissant naturellement, il peut être pratique de les stocker à des températures plus basses.

5. Soulagement du stress

La relaxation des contraintes est particulièrement courante pour les pièces de chaudière, les bouteilles d'air, les accumulateurs, etc. Cette méthode amène le métal à une température juste en dessous de sa limite critique inférieure. Le processus de refroidissement est lent et donc uniforme.

Ceci est fait pour soulager les contraintes qui se sont accumulées dans les pièces en raison de processus antérieurs tels que le formage, l'usinage, le laminage ou le redressage.

6. Tempérer

La trempe est le processus de réduction de la dureté excessive, et donc de la fragilité, induite lors du processus de durcissement. Les contraintes internes sont également soulagées. Ce processus peut rendre un métal adapté à de nombreuses applications nécessitant de telles propriétés.

Les températures sont généralement bien inférieures aux températures de durcissement. Plus la température utilisée est élevée, plus la pièce finale devient douce. La vitesse de refroidissement n'affecte pas la structure métallique pendant la trempe et généralement, le métal se refroidit à l'air calme.

7. Carburation

Dans ce processus de traitement thermique, le métal est chauffé en présence d'un autre matériau qui libère du carbone lors de sa décomposition.

Le carbone libéré est absorbé par la surface du métal. La teneur en carbone de la surface augmente, la rendant plus dure que le noyau interne.

Quels métaux conviennent au traitement thermique ?

Bien que les métaux ferreux représentent la majorité des matériaux traités thermiquement, les alliages de cuivre, de magnésium, d'aluminium, de nickel, de laiton et de titane peuvent également être traités thermiquement.

Environ 80 % des métaux traités thermiquement sont de différentes qualités d'acier. Les métaux ferreux qui peuvent être traités thermiquement comprennent la fonte, l'acier inoxydable et diverses qualités d'acier à outils.

Des processus tels que le durcissement, le recuit, la normalisation, la relaxation des contraintes, la cémentation, la nitruration et le revenu sont généralement effectués sur des métaux ferreux.

Le cuivre et les alliages de cuivre sont soumis à des méthodes de traitement thermique telles que le recuit, le vieillissement et la trempe.

L'aluminium convient aux méthodes de traitement thermique telles que le recuit, le traitement thermique de mise en solution, le vieillissement naturel et artificiel. Le traitement thermique de l'aluminium est un processus de précision. La portée du processus doit être établie et contrôlée soigneusement à chaque étape pour les caractéristiques souhaitées.

Évidemment, tous les matériaux ne conviennent pas aux formes de traitement thermique. De même, un seul matériau ne bénéficiera pas nécessairement de chaque méthode. Par conséquent, chaque matériau doit être étudié séparément pour obtenir le résultat souhaité. L'utilisation des diagrammes de phase et des informations disponibles sur l'effet des méthodes susmentionnées est le point de départ.

FAQ.

Qu'est-ce que le traitement thermique ?

Le traitement thermique est le processus consistant à chauffer le métal sans le laisser atteindre son stade de fusion ou de fusion, puis à refroidir le métal de manière contrôlée pour sélectionner les propriétés mécaniques souhaitées. Le traitement thermique est utilisé pour rendre le métal plus solide ou plus malléable, plus résistant à l'abrasion ou plus ductile.

Qu'est-ce qu'un exemple de traitement thermique ?

Par exemple, les moulages automobiles en alliage d'aluminium sont traités thermiquement pour améliorer la dureté et la résistance; les articles en laiton et en bronze sont traités thermiquement pour augmenter leur résistance et prévenir les fissures ; les structures en alliage de titane sont traitées thermiquement pour améliorer la résistance à haute température.

Quels sont les deux types de traitement thermique ?

Voici les différents types de procédés de traitement thermique :

• Recuit.
• Normalisation.
• durcissement.
• Tempérage.
• Nitruration.
• Cyanure.
• Durcissement par induction.
• Durcissement à la flamme.

Pourquoi faisons-nous un traitement thermique ?

Le traitement thermique présente de nombreux avantages, notamment Il peut modifier les propriétés physiques (mécaniques) d'un matériau et il facilite d'autres étapes de fabrication. Il soulage les contraintes, ce qui rend la pièce plus facile à usiner ou à souder. Augmente la résistance, rendant le matériau ductile ou plus flexible.

Combien de types de traitement thermique existe-t-il ?

Dans cet article, nous aborderons les quatre types de base de traitement thermique que l'acier subit aujourd'hui :le recuit, la normalisation, le durcissement et le revenu.

Quelles sont les 3 étapes du processus de traitement thermique ?

Étapes du traitement thermique

• L'étape de chauffage.
• L'étape de trempage.
• L'étape de refroidissement.

Quels sont les cinq processus de traitement thermique de base ?

Les techniques de traitement thermique comprennent le recuit, la cémentation, le renforcement par précipitation, le revenu, la carburation, la normalisation et la trempe.

Comment fonctionne le traitement thermique ?

En termes simples, le traitement thermique consiste à chauffer le métal, à le maintenir à cette température, puis à le refroidir. Au cours du processus, la pièce métallique subira des modifications de ses propriétés mécaniques. En effet, la température élevée modifie la microstructure du métal.

Qu'est-ce que la trempe et le revenu ?

La trempe et le revenu sont des processus qui renforcent des matériaux comme l'acier et d'autres alliages à base de fer. Ces processus renforcent les alliages en chauffant le matériau tout en le refroidissant simultanément dans de l'eau, de l'huile, de l'air forcé ou des gaz tels que l'azote.

Qu'est-ce que l'acier et l'alliage ?

Fondamentalement, l'acier est un alliage de fer avec de faibles quantités de carbone. Il existe des milliers de types d'acier différents qui sont créés pour s'adapter à différents types d'applications. Ceux-ci se répartissent en 4 types :l'acier au carbone, l'acier à outils, l'acier inoxydable et l'acier allié.

Qu'est-ce que le recuit dans le traitement thermique ?

recuit, traitement d'un métal ou d'un alliage par chauffage à une température prédéterminée, maintien pendant un certain temps, puis refroidissement à température ambiante pour améliorer la ductilité et réduire la fragilité.

Quels sont les avantages de la trempe ?

La trempe aide à soulager les contraintes, ce qui rend le métal plus facile à souder ou à usiner. Augmente la résistance tout en rendant le matériau plus flexible et ductile. Augmente la dureté et introduit des propriétés de résistance à l'usure à la surface ou à travers tout le métal.

Quels sont les types de recuit ?

Certains des différents types de processus de recuit :

• Recuit complet . Avec cette méthode, les pièces en acier sont chauffées jusqu'à ce qu'elles atteignent environ 30 °C de plus que leur température de transformation critique.
• Recuit isotherme.
• Recuit sphérique.
• Recuit de recristallisation.
• Recuit de diffusion.

Est-ce que vous normalisez avant le traitement thermique ?

Présentation du processus de normalisation. Le traitement thermique de normalisation aide à éliminer les impuretés et à améliorer la ductilité et la ténacité. Pendant le processus de normalisation, le matériau est chauffé entre 750 et 980 °C (1 320 et 1 796 °F).

Quel est le but principal du recuit ?

Les principaux avantages du recuit résident dans la façon dont le processus améliore la maniabilité du matériau, augmente la ténacité, réduit la dureté et augmente la ductilité et l'usinabilité d'un métal.

Quel est le temps de trempage dans le traitement thermique ?

Le temps de trempage est la durée pendant laquelle l'acier est maintenu à la température souhaitée, qui est dans ce cas de 1500 degrés Fahrenheit. Lorsque le temps de trempage est terminé, retirez très rapidement mais soigneusement l'échantillon avec des pinces.

Quel est le but du durcissement ?

La trempe est un processus métallurgique de travail des métaux utilisé pour augmenter la dureté d'un métal. La dureté d'un métal est directement proportionnelle à la limite d'élasticité uniaxiale à l'emplacement de la déformation imposée.

Chauffer du métal l'affaiblit-il ?

Ce simple geste, s'il est chauffé à une plage de température exacte, peut créer un métal plus pur et plus dur. Il est souvent utilisé pour créer un acier plus résistant que le recuit du métal, mais crée également un produit moins ductile. Ainsi, la chaleur peut en effet affaiblir le métal.

Quelle est la différence entre revenu et durcissement ?

Le durcissement ou la trempe est le processus d'augmentation de la dureté d'un métal. La trempe est le processus de chauffage d'une substance à une température inférieure à sa plage critique, de maintien, puis de refroidissement.

Que se passe-t-il si vous trempez trop l'acier ?

Avec une température suffisamment élevée et une durée suffisamment longue, l'acier sera plus doux que si vous ne le trempez pas du tout et que vous le laissez simplement refroidir lentement. Donc, selon votre objectif, vous pouvez absolument sur-tremper une lame. Cela rendra la lame plus douce mais aussi moins cassante.

Pourquoi le processus de revenu est-il obligatoire après la trempe ?

Il est obligatoire de tremper l'acier après qu'il ait été durci. C'est simplement parce qu'une nouvelle phase a été créée, qui est la martensite. N'oubliez pas qu'il est nécessaire de passer à la phase d'austénite avant de pouvoir créer de la martensite.

Pourquoi un revenu est-il nécessaire après la trempe ?

Après avoir été trempé, le métal est dans un état très dur, mais il est cassant. L'acier est trempé pour réduire une partie de la dureté et augmenter la ductilité. Il est chauffé pendant une période de temps définie à une température comprise entre 400 °F et 1 105 °F.

De quoi le laiton est-il un alliage ?

le laiton, un alliage de cuivre et de zinc, d'importance historique et durable en raison de sa dureté et de sa maniabilité.

Quel est le processus de durcissement ?

Le processus de durcissement consiste à chauffer les composants au-dessus de la température critique (de normalisation), à les maintenir à cette température pendant une heure par pouce d'épaisseur, à refroidir à une vitesse suffisamment rapide pour permettre au matériau de se transformer en une structure beaucoup plus dure et plus résistante, puis à tremper .

Pourquoi la trempe par induction est-elle nécessaire ?

La trempe par induction est un processus de traitement thermique effectué pour améliorer les propriétés mécaniques dans une zone localisée d'un composant ferreux. La zone durcie qui en résulte améliore la résistance à l'usure et à la fatigue ainsi que les caractéristiques de résistance.

Quels matériaux peuvent être durcis à la flamme ?

La trempe à la flamme est effectuée sur des pièces en acier doux, en aciers alliés, en aciers à carbone moyen et en fonte. Comme son nom l'indique, la trempe à la flamme utilise la chaleur directe des flammes oxygaz.

Comment procédez-vous ?

La trempe est généralement effectuée après le durcissement, pour réduire une partie de l'excès de dureté, et se fait en chauffant le métal à une température inférieure au point critique pendant une certaine période de temps, puis en le laissant refroidir à l'air calme.