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Traitements thermiques des aciers, des alliages et des fontes Réf. Internet : 4

Traitements thermiques des aciers, des alliages et des fontes Réf. Internet : 42364 Actualisation permanente sur www.techniques-ingenieur.fr Techniques de l'Ingénieur MATÉRIAUX 2e édition Les Sélections Techniques de l’Ingénieur La plus importante base scientiique et technique en français Pour toute information, le service clientèle reste à votre disposition : Tél : 01 53 35 20 20 Fax : 01 53 26 79 18 Mail : infos.clients@teching.com III Une information iable, claire et actualisée Validés par un comité scientiﬁque et mis à jour en permanence sur Internet, les articles des Techniques de l’Ingénieur s’adressent à tous les ingénieurs et scientiﬁques, en poste ou en formation. Outil d’accompagnement de la formation et de la carrière des ingénieurs, les bases documentaires Techniques de l’Ingénieur constituent le socle commun de connaissances des acteurs de la recherche et de l’industrie. 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Traitements thermiques dans la masse des aciers. Introduction par Guy MURRY Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble, Docteur-Ingénieur Ingénieur-Conseil Métallurgie et Aciers Ancien directeur de l’OTUA es industries mécaniques utilisent des aciers de construction pour trai- tement thermique qui doivent avoir les propriétés optimales qui leur per- mettent de satisfaire aux exigences imposées par les sollicitations auxquelles ils sont soumis pendant leur service. 1. Deux exigences contradictoires à satisfaire............................................. M 1 125 - 2 2. Présentation des articles ............................................................................. — 3 L ＱＱｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴｍＱＱＲＵｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｪｵｩｮ＠ＲＰＰＰＱＱＲＱ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques M 1 126 − 1 Traitements thermiques dans la masse des aciers. Partie 1 par Guy MURRY Ingénieur de l’École Nationale Supérieure d’Électrochimie et d’Électrométallurgie de Grenoble, Docteur-Ingénieur Ingénieur-Conseil Métallurgie et Aciers Ancien directeur de l’OTUA ans cet article, il est question de traitements thermiques de durcissement dans la masse des aciers de construction mécanique. Les autres traite- ments thermiques font l’objet d’une deuxième partie. Pour conférer à l’acier de hautes caractéristiques de résistance, on peut mettre en jeu différents mécanismes de durcissement [M 245] [M 1 115] mais on doit constater que le plus efﬁcace est celui qui fait intervenir la formation de précipi- tés (le plus souvent des carbures de fer ou des carbures d’éléments d’alliage car- burigènes mais aussi, dans quelques cas, des composés intermétalliques) au sein des grains de fer. Ce mode de durcissement, commun à de nombreux métaux, est réalisé selon le schéma général, à travers trois opérations succes- sives. ■La mise en solution des précipités, est rendue nécessaire par le fait que ces derniers, après solidiﬁcation, sont généralement beaucoup trop gros par rapport aux dimensions optimales qui permettraient de parvenir au durcissement maxi- mal. Ici, pour pouvoir mettre les carbures en solution, il faut porter l’acier à une Introduction........................................................................................................ M 1 125 Traitements thermiques dans la masse des aciers. Partie 1 ................ M 1 126 1. Austénitisation ......................................................................................... — 2 2. Trempe......................................................................................................... — 5 3. Revenu......................................................................................................... — 20 4. Prévision de la réponse d’un acier à une trempe suivie d’un revenu ................................................................................................ — 22 5. Stabilité dimensionnelle des aciers après trempe et revenu ...... — 22 6. Coordination entre le choix d’un acier et celui des conditions de trempe et revenu ................................................................................ — 25 Traitements thermiques dans la masse des aciers. Partie 2 ................ M 1 127 1. Traitements d’adoucissement 2. Traitements thermiques particuliers (homogénéisation, afﬁnage structural, normalisation, restauration, déshydrogénation, relaxation) 3. Cas particulier des aciers de traitement thermique sans carbone 4. Incidents des traitements thermiques Pour en savoir plus........................................................................................... M 1 128 D ＱＳｒ￩ｦ￩ｲ･ｮ｣･＠ｉｮｴ･ｲｮ･ｴｍＱＱＲＶｐ｡ｲｵｴｩｯｮ＠Ｚ＠ｪｵｩｮ＠ＲＰＰＰＱ TRAITEMENTS THERMIQUES DANS LA MASSE DES ACIERS. PARTIE 1 ____________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. M 1 126 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques température telle que le fer ait acquis sa structure cubique face centrée (fer γ) qui peut dissoudre (en solution interstitielle) le carbone présent (contrairement au fer cubique centré – fer α – dans lequel le carbone est pratiquement insoluble). On transforme ainsi l’acier en solution solide de carbone dans le fer γ, l’austé- nite. L ’opération s’appelle « austénitisation ». ■Un refroidissement assez rapide ramène l’acier à la température ambiante en empêchant toute précipitation du carbone sous quelque forme que ce soit. Cette étape est imposée par deux faits ; d’une part, la réalisation de la précipitation optimale au cours d’un refroidissement est très difﬁcile et, d’autre part, il est impossible de refroidir un volume de métal d’une manière identique en peau et à cœur ; le cœur est toujours en retard sur la peau et se refroidit plus lentement (il n’est donc pas possible de réaliser la précipitation dans les mêmes conditions et donc d’obtenir le même durcissement). Cette opération que l’on appelle la trempe donne avec les aciers contenant du carbone un résultat particulier ; la trempe transforme l’acier en martensite qui prend une dureté d’autant plus éle- vée que la teneur en carbone est plus grande (par contre la trempe d’alliages non ferreux les adoucit en faisant disparaître les précipités). Ainsi, à l’état brut de trempe, l’acier est dur, voire très dur, et par voie de conséquence fragile (sauf si C % < 0,1). Par ailleurs, sa structure n’est pas stable et pour un emploi judicieux d’un acier il est nécessaire de provoquer la précipitation du carbone. ■Un réchauffage modéré provoque la précipitation de carbures intragranu- laires ﬁns et éventuellement cohérents avec la matrice du fer α : cette précipita- tion est réalisée au cours d’un réchauffage (c’est le « revenu ») auquel est soumis l’acier préalablement trempé. Selon la composition de l’acier ces carbu- res sont de la cémentite Fe3C, de la cémentite substituée (Fe, M) 3C ou des car- bures d’éléments d’alliage carburigènes tels que V, Mo, W, Nb, Cr... eux-mêmes éventuellement substitués (par Fe). Si l’acier ne contient pas de carbone mais des éléments d’alliage judicieusement choisis, la trempe donne un adoucissement et le revenu provoque la précipitation de composés intermé- talliques. Ce point sera examiné plus loin [M 1 127 , § 3]. 1. Austénitisation L ’austénitisation a pour objet de mettre en solution le carbone et, éventuellement, les éléments d’alliage précipités sous forme de car- bures. Pour ce faire, il est nécessaire de se placer dans les condi- tions où le carbone est soluble dans le fer c’est-à-dire de provoquer, par chauffage, la transformation du fer α en fer γ. Rappelons que l’examen des diagrammes d’équilibre (cf. [M 1 115]) montre que les carbures précipités après solidiﬁcation ou formage à chaud peuvent être de la cémentite (dans les aciers non alliés), de la cémentite substituée (dans les aciers peu alliés) ou être formés à partir d’éléments carburigènes (dans les aciers alliés) et qu’alors leurs conditions de mise en solution sont généralement fort différentes. Dans le cadre des traitements thermiques dans la masse, l’austé- nitisation comporte deux étapes : — un chauffage jusqu’à la température dite température d’austé- nitisation (et, de manière incorrecte, température de trempe) ; — un maintien à cette température. Les conditions dans lesquelles ces uploads/s1/ extrait-42364210 2 .pdf