Glossaire des termes liés au traitement thermique

Définition du traitement thermique

Association d'opérations de chauffage et de refroidissement appliquées à des métaux et alliages à l'état solide, pour obtenir les conditions ou propriétés souhaitées.

Les traitements thermiques peuvent être classés en fonction de leur finalité :

Traitements thermiques qui modifient la microstructure du matériau ou qui modifient la structure de phase afin d'améliorer les propriétés mécaniques pour des applications spécifiques ou des procédés supplémentaires :

Recuit

Terme utilisé pour décrire différents traitements thermiques d'adoucissement qui modifient la microstructure d'un alliage.

Homogénéisation

Procédé utilisé principalement pour égaliser la température des matériaux de base avant le travail à chaud, ou pour réduire la microségrégation qui peut se produire dans les lingots et dans les alliages coulés en continu.

Recuit de détente

Procédé utilisé pour éliminer les tensions des composants soudés et refroidis rapidement ou des produits travaillés à froid.

Normalisation

Traitement utilisé pour supprimer les effets de microstructure indésirables provoqués par les traitements thermiques précédents. Ce traitement est utilisé pour obtenir une structure granulaire uniforme.

Durcissement

Un procédé, parmi plusieurs, utilisé pour améliorer la dureté d’un alliage par rapport à la dureté normale du matériau d’âme. Ce résultat est généralement obtenu en trempant le matériel au-dessus de sa température critique supérieure.

Recuit de mise en solution

Procédé selon lequel certains alliages, principalement des aciers inoxydables et des alliages à base de cuivre, sont chauffés à une température adaptée pour permettre à leurs composants d’entrer en coalescence. Le procédé est alors maintenu à la température définie pendant une durée définie, en fonction de l’alliage, pour permettre aux différents composants de former une masse cohérente mais soluble avant un refroidissement rapide (précipitation).

Durcissement par précipitation

(durcissement par vieillissement)

Procédé selon lequel la dureté et la résistance aux fractures sous contrainte de certains métaux peuvent être améliorées, comme les aciers haute température trempables, les alliages au titane, au nickel et au cobalt. Ce procédé est composé d’un traitement par mise en solution suivi d’un vieillissement, durant lequel les composants de la structure forment une solution solide qui est congelée durant un refroidissement rapide. L’augmentation de la dureté est créée par le cycle de vieillissement.

Durcissement par vieillissement

(Durcissement par précipitation)

Procédé selon lequel certains alliages non ferreux et ferreux sont chauffés, trempés puis vieillis à une température légèrement supérieure à la température ambiante pour que le durcissement par précipitation puisse se produire. Peut améliorer sensiblement la résistance de la pièce de fabrication, sans affecter sa ductilité. Le processus de durcissement peut être interrompu par la réfrigération du composant.

Durcissement par trempage

L’objectif de ce traitement est de créer une microstructure entièrement martensitique dans l’acier. Pour y parvenir, l’acier doit être refroidi rapidement depuis son état austénitique. Ce procédé convient aux métaux et alliages ferreux lorsque les alliages d’acier et de fonte sont chauffés au-dessus d’une certaine température critique puis refroidis rapidement afin de produire une structure durcie. Ce procédé permet d’obtenir un durcissement superficiel ou total, en fonction du taux de refroidissement. Ce procédé exige un contrôle précis de la température durant le chauffage et la trempe.

Trempe

Traitement utilisé pour éliminer la fragilité des aciers durcis par trempe ; il exige que l’on chauffe le matériau à cœur, à une température qui dépend de la nature de l’alliage, avant de le refroidir. On appelle également ce procédé « étirage ».

Durcissement superficiel

L’un des procédés de traitement thermique qui améliorent la dureté superficielle d’un alliage d’acier sans modifier les propriétés du matériau d’âme.

Trempe au chalumeau

Procédé de durcissement localisé selon lequel les composants sont soumis à une flamme acétylène puis refroidis par pulvérisation.

Trempe par induction

Procédé largement utilisé, notamment sur le marché automobile et de l’outillage, pour durcir l’acier en surface. Les composants sont chauffés par un dispositif d’induction qui applique un champ magnétique alternatif à la pièce de fabrication. La température des composants augmente jusqu’à la plage de transformation ou un peu plus, puis ils sont immédiatement trempés. Les propriétés physiques du matériau d’âme ne sont aucunement modifiées par ce procédé.

Etats de la microstructure

Les traitements thermiques permettent de modifier l’état de la microstructure des aciers et alliages. Chacun des états comporte des avantages pour différentes applications, et on peut fabriquer des métaux qui présentent une association de différents états.

Traitements qui modifient la chimie superficielle d’un alliage :

En général, il s’agit de cémentation gazeuse, nitruration, carbonitruration et nitrocarburation. Ces procédés permettent de durcir et de renforcer les couches superficielles de l’alliage en plaçant le composant dans une atmosphère gazeuse enrichie au carbone ou à l’azote alors que le matériau est progressivement réchauffé. On peut obtenir des propriétés similaires contenant d’autres composants moléculaires superficiels dans des procédés tels que l’implantation d’ions - Le dépôt chimique en phase vapeur (CVD), le dépôt physique en phase vapeur (PVD), la boruration, l’alliage par diffusion, l’aluminisation et les bains de sels. La nitruration par bombardement ionique est particulièrement utilisée pour les traitements par lots. Ce procédé consiste à diffuser des atomes d’azote sur la surface du métal dans un environnement de bombardement ionique. Ce procédé s’appelle également nitruration - application d’un potentiel différentiel de tension minimale à deux électrodes maintenues dans un gaz à pression réduite. La pièce de fabrication est maintenue dans la région de la décharge luminescente anormale. Alors que la tension et l’intensité appliquées aux électrodes augmentent, la pièce de fabrication est chauffée par le bombardement d’ions. L’azote est alors transféré aux pièces de fabrication et pénètre à la surface par diffusion.

Bains de sels

Méthode permettant d’obtenir un traitement thermique de l’acier dans un bain de sels fondus. Ce procédé permet d'éviter l’oxydation et crée un environnement de chauffage très uniforme pour le durcissement et la trempe.

Traitement de consolidation isostatique (HIPping)

Ce procédé est utilisé pour densifier les pièces moulées et les composants préfrittés, et pour le soudage des alliages par diffusion. Ce procédé utilise généralement de très hautes températures et pressions dans une chambre spéciale.

Frittage

Traitements qui renforcent la cohésion moléculaire des composants réalisés à partir de poudres compactées. De nombreux produits aux formes complexes sont fabriqués à partir de matériaux en poudre qui sont pressés ou moulés à la forme du composant. Le frittage se déroule dans un environnement à atmosphère contrôlée ; il est utilisé pour renforcer la cohésion des composants en poudre compactée durant un cycle thermique à durée spécifique.