Les procédés de traitement thermique des métaux peuvent être grossièrement divisés en trois catégories : le traitement thermique global, le traitement thermique de surface et le traitement thermique chimique. Selon le fluide caloporteur, la température de chauffage et le mode de refroidissement, chaque catégorie peut être subdivisée en plusieurs procédés de traitement thermique. Différents procédés de traitement thermique permettent d'obtenir des structures et des propriétés différentes pour un même métal. L'acier est le métal le plus utilisé dans l'industrie, et sa microstructure est également la plus complexe. Il existe donc de nombreux types de procédés de traitement thermique de l'acier.
Le traitement thermique global est un procédé de traitement thermique des métaux qui chauffe la pièce dans son ensemble, puis la refroidit à une vitesse appropriée pour modifier ses propriétés mécaniques globales. Le traitement thermique global de l'acier comprend généralement quatre étapes principales : le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu.
1. Recuit
Le recuit consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, à adapter les temps de maintien en fonction du matériau et de la taille de la pièce, puis à la refroidir lentement. L'objectif est d'amener la structure interne du métal à atteindre ou à s'approcher d'un état d'équilibre, ou de libérer les contraintes internes générées lors du processus précédent. L'objectif est d'obtenir de bonnes performances de traitement et de service, ou de préparer la structure à une trempe ultérieure.
2. Normalisation
La normalisation consiste à chauffer la pièce à une température appropriée, puis à la refroidir à l'air libre. L'effet de la normalisation est similaire à celui du recuit, à la différence que la structure obtenue est plus fine. Elle est souvent utilisée pour améliorer les performances de coupe des matériaux et parfois pour répondre à certaines exigences. Les pièces non traitées sont traitées thermiquement.
3. Trempe
La trempe consiste à chauffer et à maintenir la pièce, puis à la refroidir rapidement dans un milieu de trempe tel que l'eau, l'huile ou d'autres solutions salines inorganiques, des solutions aqueuses organiques.
4. Trempe
Après trempe, l'acier durcit mais devient également cassant. Afin de réduire la fragilité des pièces en acier, celles-ci sont maintenues à une température appropriée, supérieure à la température ambiante et inférieure à 650 °C, pendant une longue période, puis refroidies. Ce processus est appelé revenu. Le recuit, la normalisation, la trempe et le revenu constituent les quatre étapes du traitement thermique global. Parmi elles, la trempe et le revenu sont étroitement liés et souvent utilisés conjointement, et sont indispensables.
Les « quatre feux » ont développé différents procédés de traitement thermique, avec des températures de chauffage et des méthodes de refroidissement variées. Afin d'obtenir une résistance et une ténacité optimales, le procédé combinant trempe et revenu à haute température est appelé trempe-revenu. Après trempe, certains alliages sont maintenus à température ambiante ou à une température légèrement supérieure pendant une période prolongée afin d'améliorer leur dureté, leur résistance ou leurs propriétés électromagnétiques. Ce traitement thermique est appelé vieillissement.
Le traitement thermique par déformation est une méthode combinant efficacement et étroitement la déformation sous pression et le traitement thermique pour obtenir une bonne résistance et ténacité de la pièce. Le traitement thermique sous vide, quant à lui, permet non seulement d'éviter l'oxydation ou la décarburation de la pièce, mais aussi de maintenir sa surface lisse et propre, améliorant ainsi ses performances. Il est également possible de traiter chimiquement la pièce par un agent pénétrant.
Aujourd'hui, avec la maturité croissante des technologies laser et plasma, ces deux technologies sont utilisées pour appliquer une couche de revêtements résistants à l'usure, à la corrosion ou à la chaleur sur la surface de pièces en acier ordinaires afin de modifier les propriétés de surface de la pièce d'origine. Cette nouvelle technique est appelée « modification de surface ».
Date de publication : 31 mars 2024