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See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/337155344 5. TRAITEMENTS THERMIQUES DES ACIERS Book · November 2019 CITATION 1 READS 16,215 1 author: Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Curriculum Vitae View project Bensaada S. Université de Biskra 136 PUBLICATIONS 23 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Bensaada S. on 10 November 2019. The user has requested enhancement of the downloaded file. 5. TRAITEMENTS THERMIQUES DES ACIERS Les traitements thermiques sont constitués par un certain nombre d'opérations combinées de chauffage et de refroidissement ayant pour but : a. D'améliorer les caractéristiques des matériaux et rendre ceux-ci plus favorables à un emploi donné, à partir des modifications suivantes : - Augmentation de la résistance à la rupture et de la limité élastique Rem, Re, A % en donnant une meilleure tenue de l'élément. - Augmentation de la dureté, permettant à des pièces de mieux résister à l'usure ou aux chocs. b. De régénérer un métal qui présente un grain grossier (affiner les grains, homogénéiser la structure) cas des matériaux ayant subit le forgeage. c. De supprimer les tensions internes (écrouissage) des matériaux avant subit une déformation plastique à froid (emboutissage, fluotournage). En dehors du recuit de recristallisation qui permet de supprimer l'écrouissage, les traitements thermiques ne s'appliquent pas aux métaux purs, mais seulement à quelques alliages pour lesquels on recherche principalement une augmentation de la limite élastique et une diminution de la fragilité. Les traitements thermiques sont appliqués surtout aux aciers XC et aciers alliés ZR alliages non ferreux. En général les traitements thermiques ne changent pas la composition chimique de l'alliage. 5 .1. Définitions et procédés des traitements thermiques Effectuer un traitement thermique sur une pièce, c'est faire subir à celle-ci une variation de la température en fonction du temps. Le procédé de traitement thermique se compose de (fig. 124). - AB : L'échauffement à des températures supérieures aux températures de transformation (par exemple : AC3). 125 - BC : Maintient à une température définie. - CD : Refroidissement avec une vitesse donnée : - lente (dans le four, à l'air). - Assez rapide (dans l'huile). - Très rapide (dans l'eau). 5.1.1. Chauffage des pièces La première étape de chaque traitement thermique est le chauffage de la pièce à la température exigée. Le chauffage doit s'effectuer très rapidement pour avoir un faible consommation d'énergie et une grande productivité. Il existe deux possibilités pour le chauffage des pièces. a. Par transmission de la chaleur : On distingue trois possibilités : - Par conductibilité : La pièce est chauffée dans un four ordinaire où elle est en contact qu'avec le sol du four, elle ne reçoit par conductibilité qu'une petite quantité de la chaleur dépensée. - Par convection : Dans ce cas, la pièce est chauffée par contact avec un fluide chaud (gaz ou liquide) qui se déplace et lèche la pièce en lui cédant une grande partie de la chaleur dépensée. - Par rayonnement : La chaleur absorbée par les parois et la voûte du four est rayonnée vers la pièce qui l'absorbe. C'est le cas où l'apport de chaleur est le plus important. Dans la plupart des cas, le chauffage des pièces, est effectué simultanément par convection et rayonnement. b. Par production de la chaleur dans la pièce : C'est une possibilité de chauffer la pièce en créant dans cette dernière un flux de courant, soit par l'utilisation de la pièce comme conducteur dans un circuit électrique (chauffage par résistance) ou l'emplacement de la pièce dans un champ variable (chauffage par induction) comme le montre les figures 125 et 126. 126 Cette méthode est utilisée surtout pour les pièces à sections petites et uniformes. On peut obtenir des vitesses de chauffage très élevées. Par exemple pour une pièce de section Ø 150 mm, la durée de chauffage pour atteindre T = 1200°C est de : - 20 mn pour le chauffage par induction. - 8 mn pour le chauffage par résistance. - 2 à 3 heures pour le chauffage dans un four. Cette méthode est rentable seulement pour des sections inférieures à 150 mm. Les difficultés qui peuvent se présenter lors d'un chauffage rapide sont les fissures et étirages des pièces à la suite de la différence de dilatation de la couche extérieure et du cœur de la pièce où se créent des contraintes pouvant provoquer des fissures pour des températures basses et des déformations plastiques pour des températures élevées. Quelque soit le procédé de chauffage utilisé, il existe toujours une différence de température dans les différentes parties de la pièce. Répartition de la chaleur non uniforme. La figure 127 représente la courbe de chauffage pour le contour de la pièce et le cœur de la pièce, la courbe est simplifiée comme une droite. Durant le chauffage, on distingue trois étapes : a. Durée de préchauffage : C"est le temps de début de chauffage jusqu'à ce que la température nominale est atteinte à la surface de la pièce. b. Durée de chauffage de pénétration ou d'égalisation : C'est le temps nécessaire pour atteindre la température nominale à la surface et au cœur de la pièce. c. Durée de maintien : C'est le temps nécessaire pour maintenir la pièce à une température, et à partir de la température atteinte dans le cœur. 127 Les facteurs principaux, qui influent sur le chauffage de la pièce sont le diamètre (épaisseur), conductibilité, température du four, etc. En général le régime de chauffage pour les aciers est déterminé selon le diamètre de la pièce et les caractéristiques qui sont définis par le carbone équivalent. Pour des teneurs maximales jusqu'à : 0,9 % C, 1,1 % Mn, 1,8 % Cr, 0,5% Mo, 5,0 % Ni, 0,25% V, 1,8% Si, 2% W, 0,4 %Ti, 2% Al, et selon RUHFUS et PLFAUME, il est possible de déterminer la durée de chauffage de la pièce en dépendance de son diamètre et du carbone équivalent (Ceq). Les paliers représentés sur les courbes (fig. 128) ont pour but de diminuer la différence de température entre le cœur et la couche extérieure de la pièce (égalisation de la température). Ces courbes sont valables pour des chauffages de trempe et de recuit de normalisation. Temps de chauffage en min, recommandés pour revenu normal et trempe en dépendance de Ceq pour une pièce de diamètre 60 mm. (fig. 128) Pour les différents chauffages, on peut choisir les vitesses suivantes : - Chauffage lent : 3 à 10°C/min. - Chauffage technique conventionnel (normal) : 50°C/s. - Chauffage rapide : > 50°C/s. 5.1.2. Conditions de chauffage des pièces en traitements thermiques L'appareil de chauffage doit permettre : 128 129 - D'atteindre et de maintenir toutes les parties de la pièce à une température déterminée et avec une précision de l'ordre de plus ou moins 5°C. - D'éviter une dénaturation du métal et principalement une décarburation dans le cas des aciers. - De présenter des possibilités de préchauffage lorsque la température à atteindre est élevée. En général seul le chauffage dans une enceinte fermée possédant une régulation automatique de température est susceptible d’offrir la solution cherchée. 5.1.3. Types de fours et leurs atmosphères a. Fours à sole : Dans les fours à sole, le chauffage se fait surtout par rayonnement et ils présentent une chambre dans laquelle on met la pièce à chauffer. Dans certains cas une deuxième chambre située au dessus de la première et récupérant une partie de la chaleur formée, sert comme chambre de préchauffage. b. Fours à bain de sels : Ils présentent les avantages suivants : - rapidité de chauffage : car la pièce est en contact sur toutes ses faces avec le sel liquide en mouvement permanent. - Uniformité de chauffage : les écarts de température entre les différents points du bain sont très faibles, la pièce s'échauffe régulièrement, ce qui diminue l'importance de déformation. - Absence de dénaturation du métal : le bain qui peut être choisi neutre, oxydant ou réducteur, protège la pièce de tout contact avec l'oxygène de l'air c. Fours électriques : Les fours électriques peuvent être à sole ou à bain de sel. Ils sont chauffés le plus souvent par résistances métalliques en nickel-chrome pour des températures ne dépassant pas 1000°C et en silicium pour des températures de 1300°C. Les fours électriques à bain de sel à haute température sont à électrodes, le sel fondu formant résistance entre celles-ci. d. Atmosphères : Lorsque les pièces sont chauffées jusqu'aux hautes températures dans ces fours à flammes ou dans les fours électriques, les gaz entrent en réaction avec la surface du métal, ce qui entraîne l'oxydation ou la décarburation des couches superficielles des pièces. - L'oxydation résulte de l'interaction du métal avec l'oxygène ou la vapeur d'eau se trouvant dans le milieu du four. En général, le dioxyde de carbone CO2 réagit avec le fer en l'oxydant. 130 2 Fe + O2 → 2 FeO Fe + H2O → FeO + H2↑ Fe + CO2 → FeO + CO↑ L'oxydation produit une uploads/Sante/ 5-traitementthermiquedesaciers-66-pages.pdf