Les traitements thermiques des aciers FACHE - DIRINGER

SOMMAIRE Définition Composition de l’acier Avantages & inconvénients Les différents types d’alliages Diagrammes fer-carbone Alliages ferreux Traitements thermiques les plus utilisés Autres traitements thermiques employés Conclusion

Définition & But Opération qui consiste à faire subir au matériau un cycle thermique comprenant un chauffage selon une allure imposée, un maintien à une ou plusieurs températures et un refroidissement à une vitesse déterminée. Optimisation de l’emploi d’un matériau et solution de renforcement des pièces mécaniques.

Composition de l’acier Influence de la teneur en carbone sur les propriétés de l'acier : <0,008 % : alliage malléable, on parle de « fer » >2,14 % : microstructure fragilisée, on parle de « fonte » Entre ces deux valeurs, l'augmentation de la teneur en carbone améliore la résistance mécanique et la dureté de l'alliage ; on parle d'aciers « doux, mi-doux, mi-durs, durs ou extra-durs ».

Avantages & inconvénients Résistance aux efforts : module d'élasticité, limite élastique, résistance mécanique Dureté Résistance aux chocs Coût relativement modéré

Avantages & inconvénients mauvaise résistance à la corrosion difficilement moulable

Les différents types d’alliages Les propriétés de l'acier dépendent des différents traitements thermiques et mécaniques qu'il peut subir ainsi que des nombreux additifs ajoutés lors de sa fabrication. Chrome + Nickel acier inoxydable Silicium + Manganèse acier "élastique" (ressorts) Tungstène + Cobalt acier "rapide" (outils pour un travail rapide) Taux de carbone faible acier déformable, ductible Taux de carbone élevé acier très résistant, conducteur de chaleur

Diagramme Fer-Carbone 3 types de Fer (≠ structures cristallines): Fe α Fe γ Fe ε Dépend de la pression et de la température

Diagramme Fer-Carbone Diagramme décrivant les différents états du mélange fer+carbone selon la proportion de fer et de carbone dans le mélange

Alliages ferreux La ferrite : acier à très faible teneur en carbone (<2,1%). La fonte : alliage de fer riche en carbone (2,1 à 6,67 %).

Alliages ferreux L'austénite : (Fer γ) constituant de l'acier n'existant de manière stable qu'à haute température. Obtenu à température normale que par une trempe très rapide amené à la température d'austénisation. L'austénite est composée de fer cristallisé. Matériau plus dense et plus dur que la ferrite. La cémentite : composé chimique Fe3C (carbure) très dur, mais cassant. Composant principal des fontes.

Traitements thermiques les plus utilisés Trempe : Consiste à chauffer l’acier puis à refroidir celui-ci très rapidement. Permet d’augmenter la dureté et la résistance de l’acier.

Traitements thermiques les plus utilisés Revenu : L’acier est chauffé puis est refroidi lentement. Permet d’améliorer la ténacité et diminue les tensions internes. Recuit : L’acier est chauffé pendant un temps plus ou moins long, puis est laissé se refroidir lentement. Diminue les contraintes internes et adoucit (abaisse sa dureté)

Autres traitements thermiques employés Cémentation : Traitement classique. Apport de carbone dans la surface de la pièce, suivi d’un durcissement par trempe. Rend possible la trempe des aciers. Galvanisation à chaud : Procédé anticorrosion très efficace. Immerge une pièce d’acier dans le zinc fondu à 450° C. Revêtement indétachable. Allié à la surface de l'acier.

Autres traitements thermiques employés Nitruration : Acquise par diffusion d’azote en surface, suivi d’un refroidissement lent (100H → 1mm de pénétration). Plus grande dureté finale que la cémentation. Faible coefficient de frottement Carbonitruration : Mélange de cémentation et de nitruration. Apport en surface de carbone et d’azote gazeux par chauffage entre 600 et 900°C. Généralement suivie par une trempe, parfois par un refroidissement lent.

Conclusion Les différents traitements thermiques permettent de modifier et d’obtenir diverses propriétés mécaniques de l’acier comme la dureté et l’élasticité à souhait. Cependant on ne peut obtenir et dureté et élasticité.