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Matériaux Métalliques ISET Kasserine Enseignants:, Arfaoui Ali, Chaker Med Amir

Matériaux Métalliques ISET Kasserine Enseignants:, Arfaoui Ali, Chaker Med Amir Année 2009/2010 Page 51 Chapitre 6 : Traitements Thermiques et thermochimiques  Objectifs spécifiques : - Connaitre les types des traitements thermiques - Identifier les phénomènes microstructurales dues aux traitements thermiques  Pré-requis : Niveau BAC, notions élémentaires de chimie, diagramme d’équilibre, diagramme Fer-Carbone  Eléments de contenus : 1. Trempe 2. Revenu 3. Recuit Matériaux Métalliques ISET Kasserine Enseignants:, Arfaoui Ali, Chaker Med Amir Année 2009/2010 Page 52 CHAPITRE6 Traitements Thermiques et thermochimiques I- Introduction : Les traitements thermiques ont pour but d’améliorer les performances des caractéristiques mécaniques. Les principaux traitements thermiques sont: La Trempe Le Revenu Le Recuit II- La Trempe II-1- Trempe de masse. 1-1-1- But : La trempe est un traitement thermique qui donne à l'acier une grande dureté par transformation de l'austénite en martensite. 1-1-2- Principe : Une trempe se compose de trois phases principales : a- Chauffage : destiné à amener l'acier à l'état austénitique. i. Acier hypoeutectoïde (de 0 à 0,85% de carbone) Température de chauffage (Ac3 + 50°C). La ligne Ac3 va de 721°C à 906°C, le chauffage d'un acier hypoeutectoïde dépend donc de sa teneur en carbone. ii. Acier eutectoïde (0,85 % de carbone) Température de chauffage (Ac1 + 50°C) soit environ 780°C. iii. Acier hypereutectoïde (de 0,85 à 1,7% de carbone) Température de chauffage (Ac1 + 50°C) soit environ 780°C. b- Maintien à température d'austénisation. Dépend : iv. Des dimensions et des formes de la pièce. v. Des types d'aciers, 15 min pour les aciers ordinaires, 30 min pour les aciers alliés, en particulier pour ceux contenant des carbures. c- Refroidissement (air, eau ou huile) : C'est lui qui conditionne la structure finale. De lui dépend l'apparition de nouveaux constituants tels que : (dans l'ordre croissant de dureté) troostite, bainite, martensite. d- Fluide de trempe La trempe s’effectue par immersion dans l’eau, par pulvérisation d’eau ou par soufflage d’air. Le fluide le plus utilisé est l’eau froide (T<40°C). Dans certain cas, l’eau froide génère un refroidissement trop rapide (exemple : pièces de formes compliquées) et génère des contraintes internes préjudiciables à l’utilisation de la pièce (déformations, risque de corrosion sous contrainte ou même rupture de la pièce si les contraintes sont trop élevées). Dans ce cas, on peut utiliser de l’eau chaude (T>50°C) ou de l’huile. Dans certains cas assez rares, il est possible d’utiliser d’autres fluides comme des liquides à base de glycol pour minimiser la formation des contraintes internes. Il est possible également de relaxer les contraintes en effectuant un travail à froid immédiatement après la trempe (sur trempe fraiche). On peut ainsi étirer la pièce ou la comprimer. Matériaux Métalliques ISET Kasserine Enseignants:, Arfaoui Ali, Chaker Med Amir Année 2009/2010 Page 53 Pour éviter la formation d’un film de vapeur d’eau autour de la pièce (phénomène de caléfaction) on peut revêtir la pièce d’un revêtement. Cette opération s’appelle le potéyage II-2- Trempe superficielle ou localisée. 1-2-1- But : C'est obtenir une grande dureté en surface tout en conservant un bon allongement dans la zone sous-jacente jusqu'au centre de la section. 1-2-2- Principe : Elle consiste à chauffer (ou par induction ou à la flamme) localement la surface d'une pièce en acier jusqu'à la température d'austénisation, à la refroidir ensuite à une vitesse suffisante. Le refroidissement s'effectue le plus souvent par jet d'eau sous pression. 1-2-3- Matériaux utilisés : Aciers ordinaires du type C42 ou faiblement alliés. III- Le REVENU III-1. Principe et But de Revenu : La trempe anisotherme est en général un traitement énergétique conduisant à un métal à Rm, Re, H élevées du fait de la présence recherchée de martensite, mais dont la ductilité (A%) et la résilience (K) sont très faibles pour la même raison. Si on tient compte également d’un niveau de contraintes propres souvent important, il est évident qu’un acier ne peut être utilisé en service directement à l’état trempé. L’opération de revenu est destinée à corriger plus ou moins complètement ces inconvénients. Elle conduit à un métal de caractéristiques convenables présentant un compromis satisfaisant entre Rm, Re, d’une part et A%, K d’autre part. contrairement à la trempe qui est une opération rapide et de contrôle difficile, le revenu permet un contrôle aisé des transformations et des propriétés du métal. Le revenu est un traitement thermique effectué après trempe en continu, il consiste en :  Un réchauffage à une température TR< Ac1,  Un maintien de durée tR à TR ?  Un refroidissement jusqu’à la température ambiante de préférence lentement. Le revenu provoque une évolution du matériau vers un état plus proche de l’état physico- chimique d’équilibre sans toutefois rechercher à atteindre celui-ci. Le choix de TR et tR permet de contrôler ce retour plus ou moins complet vers l’état d’équilibre. III-2. DIFFERENTS TYPES DE REVENU : En fonction du résultat attendu, on distingue plusieurs types de revenu :  Revenu de relaxation ou de détente,  Revenu de structure ou classique,  Revenu de durcissement. AC Trempe Revenu T Temps Figure VI.1 : Cycle complet (trempe, revenu) T ta T tR Matériaux Métalliques ISET Kasserine Enseignants:, Arfaoui Ali, Chaker Med Amir Année 2009/2010 Page 54 III-2.1. Revenu de relaxation ou de détente : Il s’effectue entre 180°C et 220°C -250°C. Il ne provoque aucune modification de structure mais une relaxation des contraintes multiples dues au refroidissement brusque de la trempe et au changement de structure austénite  martensite. Il provoque une légère diminution de la dureté et une légère remontée de la résilience. Il est fait sur des pièces soumises à des fortes sollicitations sans choc ou devant conserver une forte dureté superficielle… III-2.2. Revenu de structure ou classique : Dans ce cas, le revenu s’effectue entre 500°C et Ac1. On observe une augmentation des caractéristiques K, A et Z et une diminution plus importante de H, Rm et Re. Ce type de revenu permet d’établir un compromis entre les caractéristiques mécaniques suivant l’emploi des aciers. III-2.3. Revenu de durcissement : Des revenus effectués entre 450 et 600°C sur des aciers alliés peuvent provoquer des durcissements appelés durcissements secondaires (cas des aciers à outils au chrome ou des aciers rapides). Il y a d’abord précipitation des carbures complexes maintenu en solution dans un reste d’austénite résiduelle puis une déstabilisation de cette dernière qui se transforme en martensite au moment du refroidissement. Ces deux transformations successives vont donc nécessiter un second revenu pour éviter que la martensite secondaire ne provoque pas fragilité excessive. (Dans certains aciers rapides, trois revenus successifs peuvent être nécessaires). III-3. EVOLUTION DES PROPRIETES AU COURS DE REVENU : Les modifications structurales au cours de revenu ont des conséquences importantes sur les propriétés mécaniques. La variété des structures obtenues explique que le revenu constitue un moyen efficace et très souple pour obtenir un ensemble de propriétés ajustées aux exigences de fonctionnement et il faut envisager des interférences possibles pour expliquer finalement les variations des propriétés obtenues. Les propriétés des aciers sont sensibles au revenu par l’influence de deux principaux facteurs : le premier est intrinsèque aux aciers et le deuxième leur est extrinsèque. III-3.1. Influence de la composition chimique de l’acier : La composition chimique de l’acier est un facteur intrinsèque qui doit être connu avec une très grande précision pour pouvoir prédire et prévoir son comportement sous l’effet de revenu. Figure VI.2 : Influence de la teneur en éléments d’alliages sur la dureté des aciers à 0.35%C avec la température de revenu. 100 200 300 400 500 600 700 100 200 300 400 500 600 700 70 60 50 40 30 20 10HRC 70 60 50 40 30 20 10 Température de revenu T (°C) Température de revenu T (°C) 1 2 3 4 1 : 12% Cr 2 : 4% Cr 3 : 0.5% Cr 4 : 0% Cr 1 2 3 4 1 : 3.8% Si 2 : 2.3% Si 3 : 1.3% Si 4 : 0.5% Si Matériaux Métalliques ISET Kasserine Enseignants:, Arfaoui Ali, Chaker Med Amir Année 2009/2010 Page 55 III-3.2. Influence de la température et du temps de revenu : La température de revenu n’est pas la seule responsable de la diminution de la dureté. Elle se trouve justement soutenue par le temps de maintien. La figure (VI.3) montre l’effet de ce facteur sur la dureté de l’acier eutectoide (0.8% de carbone) revenu à plusieurs températures. Pour chaque température, la courbe caractéristique est marquée par une baisse notable de la dureté pendant quelques minutes suivie ensuite d’une diminution progressive mais très lente. III-4-Comportement des caractéristiques mécaniques après traitement thermiques : Il s’avère donc que le revenu est un traitement qui a une influence sur les propriétés mécaniques des aciers. La variation de ces dernières présente une allure qui se répond dans toutes nuances d’aciers (figure VI.4) Figure VI.3 : Variation de la dureté en fonction du temps de maintien pour quatre températures de revenu de l’acier à 0.8%C. 250° C 315° C 425° C 540° C Acier à 0.8 %C Dureté HRC 40 50 60 70 10’ ’ 1’ 10’ uploads/Finance/ chapitre-6-traitements-thermiques-thermochimiques.pdf