BTP - Industrie

Traitement thermique des métaux

Les outils (par exemple les forets, les burins de tournage, les lames de scie) et les pièces de machine (par exemple les arbres à cames, les axes de piston, les pistons de commande hydraulique) doivent être durs, mais aussi résistants. Un foret, par exemple, doit être trempé à cœur pour ne pas devenir mou lors du réaffûtage. Un engrenage, quant à lui, ne doit pas se briser lorsqu’il est soumis à de fortes contraintes : Ses dents doivent rester résistantes à l’intérieur, afin de pouvoir céder élastiquement même en cas de sollicitation par à-coups ou d’augmentation soudaine du couple. Néanmoins, sa surface ne doit pas s’user prématurément : elle doit donc être dure. Ces exigences peuvent être satisfaites en choisissant des matériaux appropriés et en appliquant un traitement thermique spécifique. Les procédés de traitement thermique sont notamment le recuit et la trempe. Nous allons les détailler ci dessous:

Le recuit

Le recuit permet d’annuler les dégradations de qualité d’une pièce résultant d’un traitement thermique antérieur tel que le laminage, le forgeage, le pliage ou la trempe. Le recuit comprend trois étapes :

  • chauffer lentement jusqu’à une certaine température
  • maintien de cette température pendant un certain temps
  • un refroidissement lent.

Selon l’objectif recherché, un composant peut être soumis à un recuit d’adoucissement, à un recuit de détente ou à un recuit normal. 

Les couleurs de recuit fournissent un repère extérieur pour évaluer la température d’un composant chauffé. Les couleurs de recuit sont une aide utile lorsqu’il n’est pas possible de porter la pièce à température dans un four, par exemple lors du forgeage ou sur un chantier.

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Trempe

Structure de l’acier lors du chauffage
 Le processus de trempe proprement dit se déroule en trois étapes :
– chauffage à la température de trempe,
– maintien à cette température pendant une courte durée
– Trempe à froid.

Chauffage à la température de trempe : Chauffez d’abord l’acier lentement. Ceci est important pour éviter que les parties fines de la pièce ne se dilatent ou ne brûlent trop, alors que les parties plus épaisses sont encore relativement froides à l’intérieur. (Les différences de température entraînent facilement des déformations, des tensions et des fissures). Chauffez ensuite rapidement à la température de trempe pour éviter le décalaminage ou la décarburation.

Maintenir à la température de trempe : cela permet d’obtenir un chauffage uniforme de la pièce. Les pâtes de protection permettent d’éviter un échauffement excessif des parties minces ou saillantes de la pièce.
La trempe : La trempe refroidit l’acier en très peu de temps, ce qui permet d’obtenir une structure à grains fins. Outre la teneur en carbone, la dureté d’une pièce est également influencée par la vitesse de trempe, qui varie selon les agents de trempe. L’eau est l’agent de trempe « normal ». Si on lui ajoute de l’acide ou des sels, l’effet de trempe devient plus brutal, les huiles l’atténuent. L’air a l’effet de trempe le plus faible ; les aciers fortement alliés sont ce que l’on appelle des « durcisseurs à l’air ». La structure de la dureté après la trempe est la martensite.

Le revenu

Le revenu, un réchauffement à des températures comprises entre 200 et 350 °C après la trempe, permet de réduire les tensions internes et la fragilité due à la trempe, et d’augmenter la ténacité. Cela n’est toutefois possible qu’au détriment de la dureté. Lors du revenu, les couleurs de revenu apparaissent sur la surface du matériau frottée à blanc et correspondent à des températures spécifiques. Elles vont du blanc-jaune (200 °C) au gris en passant par le rouge et le bleu.

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