Traitement thermique - Définition

Le recuit complet

« Ce traitement consiste à chauffer l'acier à une température appropriée et à traverser ensuite le domaine de transformation par un refroidissement lent effectué de préférence dans le four ou toute autre installation bien isolée thermiquement. Le refroidissement lent se poursuit généralement aux basses températures. Le but du recuit peut être d'affiner le grain, d'adoucir l'alliage, d'améliorer l'usinabilité. »

— Sidney H. Avner, Introduction à la métallurgie physique, Centre collégial de développement de matériel didactique, p. 281

Le recuit se fait après un traitement mécanique, une opération de soudage, etc. afin de rendre plus homogène le matériau et lui rendre une partie de ses propriétés antérieures. Pour les aciers, on a deux types de recuits :

• soit on chauffe jusqu'à austénitisation totale de la pièce mais sans laisser les grains trop grossir, puis on laisse refroidir lentement, ce qui lui fait retrouver ses anciennes propriétés ; on « rejoue » en quelque sorte la solidification, les grains de ferrite et de cémentite sont recréés à partir de l'austénite ;
• soit on chauffe en dessous de la température d'austénitisation, juste pour activer la mobilité des atomes.

On le fait aussi pour diminuer les dislocations, et donc relaxer l'énergie élastique stockée pendant la déformation : en augmentant la température, on augmente aussi la diffusion et donc les dislocations vont disparaître. On fait un adoucissement du métal ; ce phénomène porte le nom de restauration. Si le taux de déformation est important et la température suffisamment élevée, on peut même avoir une recristallisation.

Les technologies de mise en température et de traitement

Les mises en température sont effectuées dans des fours le plus souvent à atmosphère contrôlée ou à bain de sel.

Les atmosphères contrôlées permettent soit de protéger le matériau , contre l'oxydation par exemple, soit d'apporter une couche supplémentaire au matériau (par exemple, du carbone ou de l'azote pour l'acier pour améliorer les caractéristiques mécaniques externes).

Les systèmes de fabrication d'atmosphère sont appelés générateurs qui peuvent être exothermiques ou endothermiques. Les générateurs exothermiques sont constitués de brûleurs qui appauvrissent en oxygène l'atmosphère du four et évitent ainsi l'oxydation du matériau. Les générateurs endothermiques sont des systèmes qui produisent des atmosphères actives (par exemple du monoxyde de carbone fixant du carbone sur l'acier). Ces atmosphères , actives ou passives, présentent des risques importants (intoxication au monoxyde de carbone, explosion en cas d'utilisation d'hydrogène ). Les risques liés à l'utilisation de ces techniques sont considérablement réduits par l'utilisation de fours à basse pression (dits « fours à vide ») qui nécessitent peu de quantités de gaz d'atmosphère.

Les fours à bain de sels permettent une autre technique d'apport de molécules actives en surface du matériau , par contact avec un liquide. Par exemple , les bains de cyanure permettent d'apporter des atomes d'azote pour effectuer une nitruration. Les fours à basse pression remplacent avantageusement les bains de sels de ce type en permettant un apport d'azote sous forme gazeuse et en faible quantité, ce qui est beaucoup moins dangereux que l'emploi des composés azotés liquides à base de cyanure.

Courbes de refroidissement

Pour aider les métallurgistes et concepteurs à la réalisation de pièces destinées à la trempe, il existe des abaques de refroidissement qui permettent de savoir en fonction de la teneur en carbone, du temps et du type de refroidissement (huile, eau...), de connaître les constituants métallographiques présent lors de la transformation, et une fois la pièce froide, ce qui permet de s'assurer que les caractéristiques obtenues correspondent à celles recherchées. Il existe deux types de courbes de refroidissement :

• les courbes obtenues en refroidissement continu, ou diagrammes TRC ;
• les courbes obtenues avec des paliers isothermes, ou diagrammes TTT.