Les traitements thermiques et de surfaces des aciers

Sommaire L’acier : II. Les différents traitements utilisés : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion L’acier : A. Définition et composition. B. Propriété et utilité. C. Diagramme Fer-Carbonne. II. Les différents traitements utilisés : A. Les traitements thermiques. B. Autres traitements thermiques. C. Les traitements de surface mécaniques.

INTRODUCTION Traitement de surface : Traitement thermique : - Définition : Opération mécanique, chimique, électrochimique ou physique. Modifie l'aspect de la surface des matériaux - But : Améliorer leurs propriétés mécaniques : dureté, frottement, résistance à l’usure, résistance à la corrosion. Traitement thermique : - Définition : Opération qui consiste à faire subir au matériau un cycle thermique comprenant un chauffage et un refroidissement à une vitesse déterminée. - But : Optimiser l’emploi d’un matériau  solution de renforcement des pièces mécaniques.

Matériaux métalliques I. L’acier : A. Définition et composition : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion L’acier est une solution solide de carbone (moins de 2%) dans le fer susceptible de durcir par trempe. En voici la composition des métaux ferreux : Matériaux métalliques Ferreux. ACIER Fer + 0,08 à 2% de Carbone FONTE Fer + 2 à 6,7% de Carbone Aciers non alliés : Ce sont les aciers les plus utilisés en construction mécanique. Aciers faiblement alliés: Aucun élément d'addition ne dépasse 5%. Aciers fortement allié: Au moins un élément d'addition dépasse 5%. Fontes non alliés : Fonte à graphite lamellaire ou fonte grise (encaisse les chocs et vibrations, bonne résistance à l'usure par frottement), fonte à graphite sphéroïdal (résistance mécanique supérieure à la fonte grise). Fontes alliés.

B. Propriété et utilité : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion Les avantages de l’acier : Les inconvénients : Résistance aux efforts Dureté. Résistance aux chocs.  Mauvaise résistance à la corrosion. Les propriétés de l'acier dépendent des différents traitements thermiques Et des nombreux additifs ajoutés lors de sa fabrication :

C. Diagramme Fer-Carbone : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion

II. Les différents traitements utilisés : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion A. Les traitements thermiques : 1) La trempe : La trempe consiste à Chauffer l’acier et refroidir très rapidement. La trempe peut suivant la composition de l’acier s’effectuer à l’air ou dans l’huile… La trempe permet d’augmenter la dureté et la résistance de l’acier. Trempe d’une boule de pétanque à 900° afin d’améliorer la dureté.

2) Le revenu : L’acier est chauffé puis refroidi lentement. Le revenu permet d’améliorer la ténacité et diminue les tensions internes. Cette technique se pratique après une trempe, par chauffage à une température inférieure à celle de la trempe. Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion Exemple de lame en acier ayant subit une trempe mais sans revenu, elle représente des fissures :

3) Le recuit : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion L’acier est chauffé pendant un temps plus ou moins long, puis est refroidi lentement. Le recuit est généralement appliqué pour diminuer les contraintes internes et adoucir (abaisser sa dureté). Cette technique se fait aussi après un traitement mécanique, une opération de soudage, etc.

4) La détente : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion Même principe que le revenu mais à des températures beaucoup plus faible (inférieures à 200°C). Généralement utilisé après une trempe, un traitement de surface… Le but est d’atténuer les contraintes sans modifier les propriétés mécaniques.

B. Autres traitements thermiques utilisés Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion 1) Thermochimiques : Cémentation : Traitement qui consiste en un apport de carbone dans la surface de la pièce, suivi d’un durcissement par trempe. Cette technique rend possible la trempe des aciers. En général la cémentation ce compose des étapes de procédées suivants : - Cémentation au carbone - Trempe - Revenu

Galvanisation à chaud : Procédé anticorrosion très efficace. Cela consiste à immerger dans le zinc fondu à 450° C, l'acier qui a subi préalablement une préparation par voie chimique. Contrairement à la peinture, le revêtement de galvanisation ne peut pas se détacher. Il est allié à la surface de l'acier, recouvrant toute la surface de la pièce, à l'intérieur comme à l'extérieur.

Elle donne une plus grande dureté que la cémentation. Nitruration : C’est une méthode obtenue par diffusion d’azote en surface, suivi d’un refroidissement lent. Elle donne une plus grande dureté que la cémentation. Fabrication d'arbres à cames sur machine numérique. Traitement thermique par Nitruration sous ions, permettant une fiabilité et une résistance optimale à l'usure.

Carbonitruration : Ce traitement est un mélange de cémentation et de nitruration. Apport en surface de carbone et d’azote par chauffage dans une atmosphère gazeuse entre 600 et 900 degrés C. L’opération est généralement suivie par une trempe.

2) Métallisation : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion Elle consiste en un dépôt de métal fondu (zinc, étain, aluminium, plomb, ...) ou de céramique sur la surface à traiter. Méthode utilisée pour l’anticorrosion ou bien pour l’esthétique d’une pièce.

C. Traitements de surface mécanique Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion 1) Le polissage : Technique de « nettoyage » ou d’abrasion de pièce en métaux. On réalise le polissage grâce à des disques de différents matériaux tournant à grande vitesse, avec ou sans pâte à polir. Bien réalisé, le polissage permet de renforcer une pièce en supprimant les zones à risques de rupture.

2) Le Brunissage : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion C’est une technique de polissage utilisée en finition. Le brunissage a pour but de : rendre la surface du métal brillante, améliorer l'état de surface, réduire la rugosité de la surface, augmenter la dureté superficielle. Exemples de pièce traitée par brunissage : - Pièces hydrauliques, - Pièces automobiles, - Gabarits, - Outil à main, - Elément de fixage, - Engrenages, - Vis, - Blocs hydrauliques.

3) Le Grenaillage : A. Définition et composition Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion Le grenaillage consiste à projeter à grande vitesse des billes sur la pièce à traiter. On utilise couramment des billes en acier ou céramique. But de nettoyage (enlèvement de rouille, calamine…) mais application très intéressante : le grenaillage de précontrainte. L’opération de grenaillage de précontrainte est un traitement mécanique destiné à améliorer les propriétés d’une pièce métallique par durcissement superficiel. On cherche par cette opération à améliorer la résistance à la fatigue et à la corrosion.

CONCLUSION : Introduction I. L’acier: A. Définition et composition B. Propriétés et utilités C. Diagramme Fer-Carbone II. Les différents traitements utilisés: A. Les traitements thermiques les plus utilisés. 1) La Trempe 2) Le Revenu 3) Le Recuit 4) La Détente B. Autres traitements thermiques utilisés. 1) Thermochimique 2) La Métallisation C. Les traitements de surface mécaniques. 1) Le Polissage 2) Le Brunissage 3) Le Grenaillage Conclusion Les traitements de surface constituent une étape essentielle de la conception d'une pièce, en vue de répondre à l'ensemble des propriétés exigées par les conditions d'utilisation. Les propriétés d'ensemble de la pièce seront améliorées pour un coût souvent raisonnable, en faisant le choix d'un traitement de surface plutôt que de tenter de trouver un autre matériau de base répondant à toutes les exigences. Les opérations de traitements de surfaces sont effectuées de nos jours par une multitude de petites entreprises sous-traitantes pour le compte de grands groupes industriels dans les domaines : automobile, des bâtiments, aérospatiale, maritime, armement, nucléaire, mécanique…