5 considérations essentielles pour le traitement thermique des pièces métalliques

Pourquoi inclure le traitement thermique du métal dans les spécifications des pièces tronçonnées ?

Nous avons parlé ailleurs de comment la dilatation thermique peut être un facteur quand on décide de la précision nécessaire pour les dimensions d'une pièce métallique.

À savoir, si même une légère différence de tolérance causée par la dilatation thermique affecterait le fonctionnement de la pièce, il est sage d'éviter de spécifier une tolérance très serrée chaque fois qu'il y a un risque de variation des températures environnementales. Et cela signifie variation n'importe où dans le processus, du tronçonnage et inspection à l'assemblage et l'utilisation finale.

Mais qu'en est-il quand vous traitez thermiquement les métaux délibérément comme une partie normale de votre processus de fabrication ? Qu'est-ce qu'il faut garder à l'esprit alors quand on crée des spécifications pour de petites pièces métalliques tronçonnées, comme celles que nous produisons ici chez Metal Cutting Corporation ?

Pourquoi traiter thermiquement les métaux ?

Pourquoi les métaux sont-ils traités thermiquement ? Il y a beaucoup de raisons importantes. Mais fondamentalement, le processus de traitement thermique des métaux implique l'application contrôlée de chaleur pour altérer les propriétés physiques — et parfois chimiques — du matériau.

Bien que nous ne traitions pas thermiquement les métaux dans le cadre de nos services chez Metal Cutting, nous sommes conscients de ses effets potentiels modifiant les dimensions. Mais avant d'explorer les conséquences non intentionnelles sur les dimensions des pièces métalliques, discutons de certains avantages du traitement thermique et du recuit.

Comment traiter thermiquement le métal pour produire différents résultats

Selon la méthode utilisée, les métaux traités thermiquement deviennent plus durs ou plus tendres, plus ou moins cassants, ou plus résistants ou plus faibles. Basé sur les résultats finaux désirés, la méthode peut impliquer :

• Utiliser plusieurs traitements
• Modifier la température à laquelle le métal est traité thermiquement
• Varier la durée d'application de la chaleur
• Contrôler la vitesse de refroidissement du matériau

La façon dont vous appliquez et retirez la chaleur quand vous traitez thermiquement le métal a un impact sur la limite d'élasticité et la dureté du produit final.

Pourquoi traiter thermiquement des métaux comme l'acier inoxydable ?

Par exemple, l'acier inoxydable est couramment traité thermiquement pour augmenter sa dureté ; le revers, c'est qu'il peut aussi devenir plus cassant.

Inversement, l'acier inoxydable peut être traité thermiquement pour augmenter sa ductilité, ce qui aide à minimiser les fissures et augmenter la travaillabilité. Cependant, ce processus peut aussi diminuer la dureté de l'acier.

Donc, atteindre un métal avec les caractéristiques désirées — comme un acier inoxydable avec une haute résistance à la traction mais une cassante relativement faible — peut nécessiter plusieurs traitements à différentes températures et durées.

Métal recuit vs métal traité thermiquement : pas la même chose

Souvent utilisé indifféremment avec le terme traitement thermique, le recuit est une méthode spécifique utilisée pour ramollir les métaux, avec pour objectifs d'augmenter leur ductilité et de diminuer la cassante.

Le recuit peut aussi être utilisé pour augmenter la nature homogène des métaux, ainsi que pour restaurer leur ductilité avant manipulation ultérieure. Par exemple, quand l'acier inoxydable 316 est travaillé, il peut acquérir des propriétés magnétiques indésirables ; cependant, le recuit de l'acier inoxydable peut le restaurer à (ou très près de) sa condition non-magnétique originale.

Le recuit est effectué dans des fours spécialisés où les conditions sont étroitement contrôlées. Le métal est chauffé à une haute température — généralement, légèrement au-dessus de la température de recristallisation.

Le matériau est maintenu à haute température pendant plusieurs heures à plusieurs jours, puis laissé refroidir (dans le cas des aciers et autres métaux ferreux, très lentement).

Où vous traitez thermiquement les métaux est un autre facteur

Quand vous traitez thermiquement le métal, l'atmosphère dans laquelle le processus se produit est aussi importante, car elle a un impact sur la surface et la résistance du matériau.

Par exemple, si vous traitez thermiquement le tungstène dans une atmosphère normale, cela produira une oxydation qui rend la finition de surface poreuse. Cependant, travailler dans un environnement contrôlé — comme un vide ou une atmosphère d'azote, d'argon ou d'hydrogène scellée — vous permet de traiter thermiquement le métal sans oxydation.

L'acier à faible teneur en carbone peut être recuit dans un environnement riche en carbone pour cémenter l'acier avec une couche de surface à haut carbone qui a une bonne résistance à la fatigue et à l'usure. Cette technique est utilisée pour améliorer la dureté et la durabilité de produits comme les ressorts en fil d'acier au carbone et les forgés.

Cependant, si la « cémentation » n'est pas un trait désiré, le recuit devrait être effectué dans un environnement faible en carbone ou exempt de carbone.

Comment la composition d'alliage peut affecter le traitement thermique du métal

Parfois, trouver la bonne « formule » pour la composition d'un alliage et la méthode de traitement thermique du métal est essentiel pour atteindre les propriétés finales désirées. Un grand exemple est la propriété de mémoire de forme de l'alliage nickel-titane — autrement connu sous le nom de NiTi ou nitinol.

Ce matériau « élastique » a d'abord été popularisé pour faire des montures de lunettes qui peuvent se plier et revenir « magiquement » à leur forme originale. Aujourd'hui, le NiTi est largement utilisé pour des applications de tubulure de dispositifs médicaux comme les fils guides de cathéter, les stents et les aiguilles de microchirurgie.

(Vous pouvez en apprendre plus sur le NiTi et d'autres matériaux de tubulure dans notre livre blanc, Tubulure de dispositifs médicaux au 21e siècle : Qui en a besoin ?)

La propriété de mémoire de forme du NiTi dépend du traitement thermique. C'est ce qui permet au NiTi de subir une déformation à une température et de récupérer sa forme originale non déformée quand chauffé au-dessus de sa température de transformation dite.

Cependant, le NiTi est notoirement difficile à fabriquer, à cause à la fois de la haute réactivité du titane et du fait que même de légères variations de composition peuvent affecter la température de transformation.

Par exemple, si les atomes de titane se combinent avec l'oxygène ou le carbone, la structure cristalline du NiTi peut perdre du titane, causant l'abaissement de la température de transformation. S'il y a trop peu de nickel et que le matériau est vieilli trop longtemps, la température de transformation est augmentée.

Spécifier le métal traité thermiquement en amont

Quelle que soit la méthode utilisée pour traiter thermiquement les métaux, il est vitalement important d'identifier le processus dans les spécifications pour vos pièces métalliques tronçonnées. C'est remarquable comme le traitement thermique du métal peut changer certaines dimensions de pièces soigneusement usinées et n'avoir aucun effet sur d'autres paramètres.

Par exemple, si vous avez une spécification de rectitude, vous devez considérer si le traitement thermique et toute dilatation résultante du métal aura un impact sur les dimensions de vos pièces tronçonnées et, ultimement, sur leur performance — et si oui, vous devrez peut-être ajuster vos tolérances en conséquence.

Le métal traité thermiquement peut même impacter l'emballage

De plus, il est important de s'assurer que les pièces métalliques traitées thermiquement seront emballées correctement pour éviter de déformer ou d'endommager les pièces précédemment tronçonnées pendant le transport.

Par exemple, chez Metal Cutting, nous voulons toujours savoir si les pièces que nous tronçonnons seront ensuite envoyées à un tiers pour traitement thermique ou recuit. Comme les pièces sont rendues plus malléables par le recuit, un emballage inadéquat pourrait causer le gauchissement de pièces recuites quand elles sont reconditionnées et envoyées à vous (ou renvoyées à nous pour traitement supplémentaire).

Des pièces comme les tiges peuvent devenir courbées si elles se dilatent et ne sont pas correctement emballées après traitement thermique. D'autres pièces peuvent commencer à frotter ensemble et avoir des rayures dans leur finition de surface si l'emballage ne maintient plus les pièces traitées thermiquement de façon sécurisée.

Une raison de plus pour des spécifications approfondies

En résumé, avec le métal traité thermiquement, les méthodes et effets doivent être considérés et partagés avec vos partenaires de fabrication quand vous créez les spécifications pour vos besoins en petites pièces. Cela aidera à optimiser la fabricabilité et à obtenir les résultats que vous voulez.

Pour en apprendre plus sur la maximisation de la précision et l'efficacité de vos spécifications, téléchargez notre guide gratuit, Comment affiner votre demande de devis à votre avantage maximal : Questions fréquentes dans l'approvisionnement de petites pièces.