Comment le Traitement Thermique Améliore les Performances et la Longévité des Métaux

L'usinage CNC est un procédé de fabrication soustractif qui utilise des outils de coupe pour retirer de la matière d'un bloc solide, révélant la forme de la pièce finale. Pour faciliter le processus d'usinage et créer une pièce finale supérieure, les métaux utilisés doivent être travaillables. De plus, les propriétés matérielles de la pièce métallique peuvent être améliorées après la fin du processus d'usinage. C'est là qu'interviennent les traitements thermiques. Voici tout ce qu'il faut savoir sur le traitement thermique des métaux et ses avantages les plus importants.

Le processus de traitement thermique

Les processus de traitement thermique impliquent de chauffer le métal jusqu'à ce que sa microstructure change, puis de le maintenir dans cet état (trempe) avant de le refroidir pour durcir le matériau. La durée de la trempe dépend du processus de traitement thermique utilisé, du métal employé et de la taille de votre pièce. Plus le temps de trempe est long, plus les changements de microstructure sont importants, ce qui impactera les propriétés mécaniques du métal.

Le taux de refroidissement et les conditions environnantes peuvent également altérer la structure et les propriétés du métal. Bien que la saumure puisse refroidir les métaux le plus rapidement, on peut aussi utiliser de l'huile, de l'eau, de l'air forcé ou des fours.

Les traitements thermiques peuvent être appliqués tout au long du processus de fabrication, donnant aux pièces leurs propriétés initiales, intermédiaires ou finales. Lors de l'usinage CNC de pièces, vous pourriez appliquer un traitement thermique avant de commencer l'usinage, car cela peut réduire les délais et rendre le métal plus travaillable. Dans d'autres cas, vous pourriez appliquer des traitements thermiques au métal après l'usinage pour le rendre plus dur et plus durable.

Traitements thermiques courants en CNC

Recuit

Réalisé pour réduire la dureté du métal et augmenter sa ductilité, le processus de recuit implique de chauffer et tremper le métal à une température critique avant de le refroidir. Cela aide à soulager les contraintes internes et rend le métal moins susceptible de se briser ou de se fracturer pendant l'usinage. Vous pouvez utiliser plusieurs techniques de recuit, comme le recuit complet, le recuit de recristallisation, le recuit partiel et le recuit final pour obtenir les propriétés finales souhaitées.

La normalisation est une autre technique de recuit qui implique de chauffer le métal puis de le refroidir à température ambiante à un rythme bien plus rapide que le recuit typique. Une fois que le métal atteint 40 °C au-dessus de sa température critique supérieure, il trempera avant de refroidir à l'air. La normalisation soulage les contraintes internes causées par la trempe, la fonderie ou le soudage pour prévenir la défaillance du métal, ce qui renforce le métal et produit des grains ferritiques petits, raffinés et de taille uniforme.

Cémentation

Pour durcir l'extérieur d'une pièce sans altérer son intérieur, vous pouvez utiliser le processus de cémentation. La cémentation, aussi connue sous le nom de trempe de surface ou trempe de face, crée des pièces moins cassantes et plus travaillables que d'autres méthodes qui augmentent la dureté dans tout le métal. Une forme de cémentation implique de chauffer votre métal dans un environnement riche en carbone (carburation), ce qui augmente la résistance et la teneur en carbone de la surface du métal.

Durcissement par précipitation

Le durcissement par précipitation ou vieillissement crée des métaux forts et légers, en faisant un choix populaire pour le traitement thermique de composants pour l'industrie aérospatiale. Si vous avez un métal malléable, vous pouvez le chauffer à haute température, le tremper, puis le chauffer à une température plus basse pendant une période prolongée pour disperser uniformément les précipités dans la structure granulaires du métal et augmenter sa résistance et sa dureté.

Détente

L'usinage CNC, le formage, le laminage et le redressage peuvent tous causer l'accumulation de contraintes dans les pièces, ce qui peut les affaiblir et réduire leur qualité globale. La détente éliminera les contraintes résiduelles et améliorera les propriétés mécaniques de la pièce sans altérer sa structure ni sa dureté. Ce processus implique de chauffer les métaux à des températures juste en dessous de leur limite critique inférieure. Le processus de refroidissement est toujours lent, permettant de créer des pièces uniformes avec des propriétés mécaniques cohérentes.

Trempe et revenu

Ce traitement thermique en deux parties augmente la dureté, la ductilité et la résilience des alliages à base de fer. Pendant la trempe, le métal est chauffé à haute température, changeant sa structure cristalline de ferrite en austénite et lui permettant d'absorber plus de carbone. Le métal est ensuite refroidi rapidement pour verrouiller les changements de microstructure. Comme la trempe crée des pièces très dures, elle intervient généralement après l'usinage CNC.

Pour réduire la fragilité, soulager les contraintes internes et améliorer la longévité et les propriétés mécaniques de la pièce, vous pouvez ensuite faire un revenu en chauffant le métal à une température modérée inférieure à son point critique.

Avantages du traitement thermique des métaux

Que fait le traitement thermique au métal ? Le traitement thermique peut grandement augmenter sa résistance, ce qui en fait un choix populaire parmi les fabricants des industries automobile et aérospatiale. Malheureusement, quand on augmente la résistance d'un matériau, on peut aussi réduire sa ténacité et augmenter sa fragilité. Pour s'assurer que votre métal ne devienne pas trop cassant, vous devrez peut-être recuire ou faire un revenu de vos pièces pour soulager les contraintes internes. Après les procédures de détente, vos métaux traités thermiquement seront beaucoup plus faciles à travailler et à usiner.

De plus, en appliquant des traitements thermiques aux alliages métalliques, vous pouvez modifier la microstructure ou la composition chimique du métal pour altérer sa résistance à la corrosion, son magnétisme, sa durabilité, sa conductivité thermique et électrique. Vous pouvez même faire passer une pièce métallique par plusieurs traitements thermiques pour atteindre les performances souhaitées.

Traitement thermique des métaux avec l'aide de Fast Radius

En traitant thermiquement votre métal, vous pouvez créer des pièces métalliques plus résistantes, moins cassantes et plus usinables. Vous pouvez même améliorer les propriétés électriques de votre métal avec des traitements thermiques. Cependant, certains traitements thermiques sont meilleurs que d'autres selon le matériau, donc faire ses recherches est essentiel. Quand il s'agit de choisir le bon traitement thermique pour votre pièce, considérez le type de métal que vous utilisez et les propriétés que vous voulez qu'il ait. Vous pouvez aussi travailler avec un partenaire de fabrication de confiance pour déterminer la meilleure méthode de traitement thermique pour vos besoins.

Chez Fast Radius, notre équipe d'ingénieurs et de designers expérimentés peut vous aider à décider quelle méthode de traitement thermique est la mieux adaptée à votre projet. De plus, nous fournirons un soutien de bout en bout pour l'ensemble de votre série de production. Contactez-nous dès aujourd'hui pour commencer votre prochain projet.