Procédés de traitement thermique :types, méthodes, procédure, applications (PDF)

Dans cet article, vous apprendrez quel est le processus de traitement thermique ? Ses méthodes , genre , et le but , procédure , application de traitement thermique. Le traitement thermique est une opération essentielle dans le processus de fabrication de pièces de machines et d'outils.

Qu'est-ce que le traitement thermique ?

Traitement thermique est défini comme une opération impliquant le chauffage et le refroidissement d'un métal ou d'un alliage à l'état solide pour obtenir certaines propriétés souhaitables sans changer de composition.

Le processus de traitement thermique est effectué pour changer la taille des grains, modifier la structure du matériau et soulager les contraintes créées par le matériau après un travail à chaud ou à froid.

• Le traitement thermique est effectué pour améliorer l'usinabilité.
• Pour améliorer les propriétés magnétiques et électriques.
• Pour augmenter la résistance à l'usure, à la chaleur et à la corrosion, et bien plus encore.

Traitement thermique consiste à chauffer le métal à proximité ou au-dessus de sa température critique, maintenue pendant un certain temps à ce moment-là refroidissant finalement le métal dans un milieu qui peut être de l'air, de l'eau, de la saumure ou des sels fondus. Le processus de traitement thermique comprend le recuit, la cémentation, le revenu, la normalisation et la trempe, la nitruration, la cyanuration, etc.

Types de processus de traitement thermique

Voici les différents types de procédés de traitement thermique :

1. Recuit
2. Normalisation
3. durcissement
4. Tempérage
5. Nitruration
6. Cyanure
7. Durcissement par induction
8. Durcissement à la flamme

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Types de traitement thermique

1. Recuit

Le recuit est l'un des processus les plus importants du traitement thermique. C'est l'une des opérations les plus utilisées dans le traitement thermique du fer et de l'acier et est définie comme le processus d'adoucissement.

Chauffer de 30 à 50 °C au-dessus de la température critique supérieure et le refroidir à un rythme très lent en le sollicitant du four. L'objectif principal du recuit est de rendre l'acier plus ductile et malléable et d'éliminer les contraintes internes. Ce processus rend l'acier doux afin qu'il puisse être facilement usiné.

1.1 Objectif du recuit

• Il adoucit l'acier et améliore son usinabilité.
• Pour affiner la granulométrie et éliminer les gaz.
• Il supprime les contraintes internes développées au cours du processus précédent.
• Pour obtenir la ductilité, la malléabilité et la ténacité souhaitées.
• Il modifie les propriétés électriques et magnétiques.

1.2 Procédure de recuit

Selon la teneur en carbone, l'acier est chauffé à une température d'environ 50 ° à 55 °C au-dessus de sa plage de température critique. Il est maintenu à cette température pendant une durée déterminée en fonction du type de four et de la nature des travaux. L'acier est ensuite autorisé à refroidir constamment à l'intérieur du four.

1.3 Application du recuit

Il s'applique aux pièces moulées et aux pièces forgées.

2. Normalisation

Normalisation :l'objectif principal de la normalisation est de supprimer les contraintes internes développées après le processus de travail à froid. Dans ce cas, l'acier est chauffé à 30 - 50 °C au-dessus de sa température critique supérieure et refroidi à l'air.

Il améliore les propriétés mécaniques et électriques, l'usinabilité et la résistance à la traction. La normalisation est le processus de traitement thermique effectué pour restaurer la structure de l'état normal.

2.1 Objectif de la normalisation

• Promouvoir l'uniformité de la structure.
• Pour sécuriser le raffinement du grain.
• Amener les changements souhaitables dans les propriétés de l'acier.

2.2 Procédure de normalisation

L'acier est chauffé à une température d'environ 40° à 50°C au-dessus de sa température critique supérieure. Il est maintenu à cette température pendant une courte durée. L'acier est ensuite laissé refroidir dans de l'air calme à température ambiante, ce qui est connu sous le nom de trempe à l'air.

2.3 Application de la normalisation

• Il est appliqué des moulages et des pièces forgées pour affiner la structure du grain et soulager les contraintes.
• Il est appliqué après un travail à froid tel que le laminage, l'estampage et le martelage.

3. Durcissement

Durcissement :l'objectif principal du processus de durcissement est de rendre acier dur dur. Dans ce processus, l'acier est chauffé de 30 ° à 40 °C au-dessus de la température critique supérieure, puis est suivi d'un refroidissement continu à température ambiante par trempe dans de l'eau ou de l'huile. C'est le processus inverse du recuit.

3.1 Objectif du durcissement

• En durcissant, il augmente la dureté de l'acier.
• Pour résister à l'usure
• Permet à l'acier de couper d'autres métaux

3.2 Procédure de durcissement

L'acier est chauffé au-dessus de sa plage de température critique. Il est maintenu à cette température pendant une durée déterminée. L'acier est ensuite refroidi rapidement dans un milieu de trempe.

Le milieu de trempe est choisi en fonction du degré de dureté souhaité. L'air, l'eau, l'apport, les huiles et les sels fondus sont utilisés comme milieux de trempe. Une section mince de telles lames de couteau est refroidie à l'air. L'eau est un milieu largement utilisé mais elle entraîne la formation de bulles à la surface du métal.

Par conséquent, une solution de saumure est utilisée pour empêcher cela. L'huile est utilisée lorsqu'il y a un risque de déformation sur les fissures et convient aux aciers alliés. Les sels fondus sont utilisés pour refroidir les lames minces afin d'obtenir des produits sans fissures et résistants aux chocs.

3.3 Application du durcissement

Il est appliqué pour les burins, les marteaux, les marteaux à main, les poinçons centraux, les tarauds, les matrices, les fraises, les lames de couteau et les engrenages.

4. Trempe

Trempe :lorsque le processus de durcissement durcit un échantillon d'acier, il devient cassant et présente une contrainte résiduelle élevée. C'est une opération utilisée pour modifier les propriétés de l'acier trempé par trempe dans le but d'augmenter son utilité.

Le revenu ou l'étirage entraîne une réduction de la fragilité et l'élimination des contraintes internes causées lors du durcissement. L'acier doit être trempé après le processus de durcissement.

La trempe est divisée en trois catégories selon l'utilité de l'acier requis.

• Revenu à basse température.
• Revenu à moyenne température.
• Revenu à haute température.

4.1 Objectif de la trempe

• Pour soulager les contraintes internes causées par le durcissement.
• Pour réduire la fragilité.
• Améliore la ductilité, la résistance et la ténacité.
• Pour augmenter la résistance à l'usure.
• Pour obtenir les propriétés mécaniques souhaitées.

4.2 Procédure de trempe

L'acier après avoir été trempé dans le processus de durcissement est réchauffé à une température légèrement supérieure à la plage de température à laquelle il doit être utilisé, mais inférieure à la température critique inférieure. La température ici varie de 100°C à 700°C.

Le réchauffage se fait dans un bain d'huile ou de plomb fondu ou de sel fondu. L'échantillon est maintenu dans le bain pendant un certain temps jusqu'à ce qu'il atteigne la température uniformément, le temps dépend de la composition et de la qualité souhaitée de l'acier. Maintenant, l'échantillon est retiré du bain et laissé refroidir lentement à l'air calme.

4.3 Application de la trempe

Il est appliqué aux outils de coupe, aux outils et aux engrenages, qui sont durcis par le processus de durcissement.

5. Nitruration

La nitruration est le processus de cémentation ou de durcissement superficiel dans lequel de l'azote gazeux est utilisé pour obtenir une peau dure du métal. Dans ce processus, l'acier est chauffé en présence d'un environnement d'ammoniac.

De ce fait, un atome d'azote se dépose et rend le matériau dur. Les objets durcissant par induction et à la flamme sont chauffés par une flamme oxyacétylénique.

5.1 Objectif de la nitruration

• Pour durcir la surface de l'acier à une certaine profondeur.
• Augmente la résistance à l'usure et à la fatigue.
• Pour augmenter la résistance à la corrosion.

5.2 Procédure de nitruration

Elle se fait au four électrique où une température variant entre 450° et 510°C est maintenue. La pièce est bien usinée et finie et placée dans un récipient hermétique muni de tubes de sortie et d'entrée à travers lesquels circule du gaz ammoniac.

Le récipient avec la pièce est placé dans le four et du gaz ammoniac y passe pendant que le four est chauffé.

Pendant le processus de chauffage, de l'azote gazeux est libéré de l'ammoniac sous forme d'azote atomique, qui réagit avec la surface de la pièce et forme du nitrate de fer.

La profondeur d'entrée dépend du temps passé à la température de nitruration. La pièce est extraite et ne nécessite aucune trempe ni traitement thermique supplémentaire.

5.3 Application de la nitruration

• Il est appliqué pour durcir la surface des aciers alliés à teneur moyenne en carbone.

6. Cyanure

Cyanure :Dans ce processus, l'acier est chauffé en présence d'un environnement de cyanure de sodium. De ce fait, des atomes de carbone et d'azote se déposent à la surface de l'acier et le rendent dur.

6.1 Objectif de la cyanuration

• Cette méthode est efficace pour augmenter la limite de fatigue des pièces de petite et moyenne taille telles que les engrenages, les arbres, les axes de poignet, etc.
• Pour augmenter la dureté de surface.
• augmenter la résistance à l'usure.
• Pour donner un aspect propre, brillant et agréable à la surface durcie.

6.2 Produits pour la cyanuration

Les pièces à traiter sont plongées dans un bain de sel de cyanure fondu maintenu à une température de 950°C. Les sels fondus utilisés sont le chlorure de sodium, le carbonate de sodium, le cyanure de sodium et le carbonate de soude.

L'article immergé est laissé dans le sel de cyanure fondu à une température de 950°C pendant environ 15 à 20 minutes. La décomposition du cyanure de sodium produit de l'azote et du carbone à partir du monoxyde de carbone, qui se diffuse dans la surface, ce qui durcit la surface. La pièce est ensuite sortie du bain et trempée dans de l'eau ou de l'huile.

6.3 Application de cyanuration

• Il est appliqué aux petits articles tels que les engrenages, les douilles, les vis, les broches et les petits outils à main, qui nécessitent une surface mince et dure résistante à l'usure.

7. Carburation

Carburation :Dans ce procédé, l'acier est chauffé en présence d'un environnement carboné. De ce fait, des atomes de carbone se déposent sur la surface du métal et la rendent dure.

8. Cémentation ou trempe superficielle

L'objectif principal de ce processus est de rendre la seule surface externe de l'acier dur et le noyau interne doux. C'est le processus de carburation, c'est-à-dire la saturation de la couche superficielle de l'acier avec du carbone, ou un autre processus par lequel la cémentation est durcie et le noyau reste mou.

8.1 Objectif de la cémentation

• Pour obtenir une dureté et une résistance à l'usure des pièces de la machine.
• Par cémentation, on obtient un noyau dur.
• Pour obtenir une limite de fatigue plus élevée et des propriétés mécaniques élevées dans le noyau.

Objectif du traitement thermique de l'acier

Voici les objectifs du traitement thermique.

• Pour améliorer les propriétés mécaniques telles que la résistance à la traction, la dureté, la ductilité, la résistance aux chocs et la résistance à la corrosion.
• Améliorer l'usinabilité.
• Pour soulager les contraintes internes du métal induites lors du travail à froid ou à chaud.
• Pour modifier ou affiner la granulométrie.
• Améliore les propriétés magnétiques et électriques.
• Augmente la résistance à l'usure et à la corrosion.
• Pour augmenter la dureté de la surface.

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Conclusion

Alors maintenant, nous espérons avoir dissipé tous vos doutes sur le processus de traitement thermique. Si vous avez encore des doutes sur le processus de traitement thermique ou méthodes, types, applications que vous pouvez demander dans les commentaires.

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