Idées fausses sur le traitement thermique

Cet article présente quelques exemples d'idées fausses concernant le traitement thermique que vous pourriez rencontrer dans des applications concrètes.

1. La dureté du produit après traitement thermique ne peut atteindre que 60 HRC, et 59 ou 61 HRC sont inacceptables ?

Nous recevons fréquemment des demandes de traitement thermique exigeant une dureté minimale conforme à une valeur précise. Par exemple, si la dureté requise après traitement thermique est de 60 HRC et que votre produit n'atteint que 59 ou 61 HRC, il sera jugé non conforme. Or, la tolérance pour un duromètre Rockwell est de 1 HRC.

2. Peut-on revenir la pièce trempée si elle n'a pas refroidi à température ambiante ?

Certains pensent qu'il est impossible de procéder au revenu après la trempe tant que l'acier n'a pas refroidi à température ambiante. En réalité, de nombreux aciers, notamment les aciers à faible et moyen carbone, présentent une fin de transformation martensitique supérieure à la température ambiante. Le refroidissement à température ambiante les rend en fait plus susceptibles à la fissuration. Par conséquent, le revenu peut être effectué dès que possible après la trempe.

3. La pièce trempée doit-elle être revenue alors qu'elle est encore chaude ?

Cette pratique est déconseillée. La température du four après la trempe et avant le revenu doit être déterminée en fonction du point de transformation martensitique de l'acier. Pour éviter les fissures de trempe, il est impératif d'éviter les suppositions arbitraires et d'utiliser le revenu à chaud comme méthode de couverture.

4. Le produit a déjà été entièrement dimensionné, mais un traitement thermique est-il nécessaire pour garantir l'absence de déformation ?

Pour réduire les coûts de traitement, certains effectuent toutes les opérations de dimensionnement avant le traitement thermique, puis procèdent au traitement thermique, à la trempe et au revenu. Ils exigent du prestataire de traitement thermique qu'il garantisse l'absence de déformation pendant le traitement, ou qu'il limite la déformation aux limites de tolérance de l'étape finale d'écrouissage. Le traitement thermique constitue essentiellement une étape de déformation structurelle, une accumulation de déformations microscopiques.

5. Est-il suffisant pour les spécialistes du traitement thermique de maîtriser le diagramme d'équilibre fer-carbone ?

De nombreux documents indiquent que le diagramme d'équilibre fer-carbone est une connaissance essentielle en traitement thermique et constitue la base du développement des procédés de chauffage des aciers. Ils soulignent également que les spécialistes du traitement thermique, en particulier, doivent maîtriser ce diagramme. Le diagramme de phase fer-carbone représente la microstructure d'un alliage fer-carbone à l'équilibre, et non le diagramme de transformation conduisant à des structures hors d'équilibre telles que la martensite et la bainite. Les paramètres de température critiques du diagramme de phase fer-carbone sont limités à l'acier au carbone et à la fonte, ainsi qu'à l'acier non allié et à la fonte alliée. Les diagrammes d'équilibre de l'acier allié et de la fonte alliée diffèrent sensiblement du diagramme d'équilibre fer-carbone en raison de l'ajout d'autres éléments d'alliage.

Le diagramme de phase d'équilibre fer-carbone résulte de vitesses de chauffage et de refroidissement extrêmement lentes et se limite aux aciers alliés fer-carbone. Cet état théorique a peu de chances d'être largement utilisé en production. Les transformations microstructurales lors des traitements thermiques réels, tels que la trempe, se produisent à des vitesses de chauffage et de refroidissement spécifiques et n'atteignent pas un équilibre complet. Par conséquent, le diagramme de phase d'équilibre fer-carbone constitue une connaissance fondamentale essentielle et un point de départ pour l'étude et l'apprentissage des traitements thermiques, et non un diagramme de phase directement applicable aux procédés de traitement thermique.

Pour les spécialistes du traitement thermique, la maîtrise du diagramme de phase d'équilibre fer-carbone ne constitue que le point de départ de leur apprentissage ; elle ne leur permet pas, à elle seule, d'appliquer ce diagramme à la résolution de problèmes concrets. Une bonne compréhension du diagramme de phase fer-carbone représente l'un des fondements du traitement thermique.

6. Le recuit d'une pièce peut-il former des grains équiaxes ?

Beaucoup pensent qu'il est possible d'obtenir des grains équiaxes lors du recuit d'aciers à faible teneur en carbone. En effet, on obtient facilement des grains équiaxes dans les aciers à grains effilés. Cependant, c'est difficile dans les aciers calmés à l'aluminium. Notamment, lors du recuit de pièces ayant subi une extrusion à froid, les grains présentent une structure déformée due à l'extrusion ! Même à des températures de recuit supérieures à 950 °C, il est difficile d'obtenir des grains équiaxes.

7. Une dureté plus faible signifie-t-elle une déformation par extrusion meilleure et plus facile ?

On a souvent tendance à penser qu'une dureté moindre facilite la déformation par extrusion. Lors de l'extrusion de l'acier, la structure perlitique sphéroïdisée présente la plus grande déformabilité, mais elle est généralement plus dure que la perlite lamellaire. Par conséquent, la pièce extrudée doit impérativement être constituée de perlite sphéroïdisée ; la perlite lamellaire, de dureté inférieure, est proscrite.

8. Les rides superficielles sur les pièces en alliage d'aluminium après traitement thermique sont-elles un signe de surchauffe ?

Après un traitement de mise en solution, deux méthodes permettent de déterminer si des pièces en alliage d'aluminium ont surchauffé : la métallographie et l'analyse de la couleur de surface. L'évaluation de la surchauffe lors du traitement de mise en solution, basée sur la couleur et l'état de surface de la pièce, facilite le diagnostic sur site, mais exige une grande expérience. Bien que précise, la métallographie nécessite le démontage de la pièce, une opération destructive et potentiellement coûteuse.

En fonction de la couleur et de l'état de la surface de la pièce, les conditions suivantes peuvent être identifiées :

① La surface est gris foncé ; ② De petites cloques apparaissent sur la surface de la pièce ; ③ Des fissures apparaissent avec une surface de fracture rugueuse.

Si l'une de ces conditions est présente, une surchauffe est possible. Cette observation ne doit être faite que sur des pièces après traitement thermique. Si des anomalies de surface, telles que rugosité, déformation et rides, sont observées sur des pièces ayant subi un traitement de mise en solution après des étapes de traitement ultérieures, on ne peut pas simplement conclure à une surchauffe de l'alliage d'aluminium pendant le traitement thermique. Les alliages d'aluminium étant plus fragiles que les métaux ferreux, l'impact des étapes de traitement ultérieures doit être analysé. En particulier, les effets du polissage et du sablage ultérieurs sur la surface ne peuvent être négligés. L'apparition localisée de rides, semblables à des « ondulations d'eau », sur une pièce n'est pas due à une surchauffe pendant le traitement thermique, mais plutôt à une pression de sablage excessive ou à un sablage prolongé, entraînant la formation d'une couche déformée à la surface de l'alliage d'aluminium. Ces rides ne sont pas un signe de surchauffe, mais plutôt une déformation plastique causée par un impact. Dans ce cas, il s'agit de défauts de sablage.

9. Le manuel indique qu'une certaine dureté peut être obtenue par traitement thermique et trempe. Pourquoi est-il impossible d'atteindre cette dureté ?

Certains font valoir que la plage de dureté spécifiée dans le manuel a été choisie lors de la conception, alors pourquoi ne peut-on pas atteindre cette dureté par traitement thermique ?

Par exemple, si une pièce de grande taille est fabriquée en acier à ressort 60Si2Mn, son épaisseur importante rend le traitement thermique inefficace pour atteindre la dureté requise. Le manuel indique une dureté de 58 à 60 HRC, mais celle-ci est inatteignable compte tenu des caractéristiques de la pièce. La seule solution consiste alors à réduire les exigences du traitement thermique.

La dureté après traitement thermique dépend de plusieurs facteurs : la nuance du matériau, les dimensions du moule, le poids, la forme et la structure de la pièce, ainsi que les procédés de fabrication ultérieurs. Après traitement thermique, la dureté des moules peut varier entre l'intérieur et l'extérieur. Le choix du matériau et des dimensions doit être adapté à la taille du moule. Il est important de ne pas se fier uniquement aux normes techniques et aux exigences de dureté indiquées dans le manuel de conception. Ces normes sont basées sur les résultats de traitements thermiques effectués sur de petits échantillons. Lors de leur application au produit final, il est essentiel de déterminer un indice de dureté approprié en fonction des conditions réelles. Un indice de dureté inadapté, par exemple trop élevé, réduira la ténacité de la pièce et risque de provoquer des fissures en cours d'utilisation.

10. La couleur de trempe est-elle liée à la température ?

Après revenu, la surface de l'acier développe une pellicule d'oxyde appelée coloration de revenu. Dans de nombreux cas, la température de revenu peut être déterminée à partir de cette coloration. Celle-ci variant avec la température, elle permet une estimation approximative de la température de revenu. Cependant, la coloration de revenu est également liée à la durée du revenu, généralement de 5 minutes. Les colorations de revenu de l'acier au carbone à différentes températures, obtenues après un test de 5 minutes, sont les suivantes :

Jaune clair : 200 °C

Jaune paille : 220 °C

Brun : 240 °C

Violet : 260 °C

Violet bleuâtre : 280 °C

Bleu foncé : 290 °C

Bleu : 300 °C

Bleu clair : 320 °C

Gris-bleu : 350 °C

Gris : 400 °C

Les couleurs de trempe de l'acier inoxydable à différentes températures sont les suivantes :

Jaune blé clair : 290 °C

Jaune de blé : 340 °C

Brun rougeâtre clair : 390 °C

Rouge clair : 450 °C

Bleu clair : 530 °C

Bleu foncé : 600 °C

Les couleurs de revenu de l'acier faiblement allié à différentes températures sont les suivantes : Jaune blé clair : 225 °C

Jaune blé : 235℃

Brun rougeâtre clair : 265 °C

Rouge clair : 280 °C

Bleu clair : 290 °C

Bleu foncé : 315 °C

Cependant, de nombreuses références n'évoquent que la relation entre la couleur et la température, négligeant le facteur temps, pourtant crucial. À température égale, plus le temps de maintien augmente, plus la couleur finale se rapproche de celle obtenue à une température plus élevée.