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1 - GAMME DE TRAITEMENTS THERMIQUES

2 - GAMME DE TRAITEMENTS ET REVÊTEMENTS DE SURFACE

3 - PROBLÈMES POSÉS PAR LES DÉFORMATIONS

4 - INCIDENTS AU TRAITEMENT THERMIQUE ET REMÈDES

5 - ANALYSE DES INCIDENTS AU TRAITEMENT DE SURFACE

6 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : M1137 v4

Gamme de traitements thermiques
Guide de choix des traitements des aciers à outils

Auteur(s) : Robert LÉVÊQUE

Relu et validé le 15 mars 2021

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NOTE DE L'ÉDITEUR

Cet article est la réédition actualisée de l'article [M1137], paru en 2008, du même titre et du même auteur.

04/09/2013

RÉSUMÉ

L'augmentation de productivité dans tous les domaines de mise en forme des matériaux nécessite de la part des outillages des sollicitations de plus en plus sévères. Il peut en résulter de grandes dispersions dans les résultats suivant les critères de choix de l'acier à outils, de son traitement thermique et de son traitement de surface, ainsi que du dessin et de l'état de surface de la pièce à réaliser. Le présent article constitue un guide d'ordre pratique pour le choix de la gamme de traitement thermique et de traitement de surface de l'acier à outils. Il dresse également une liste des incidents potentiels avec leur analyse et les différents moyens de contrôle destructif et non destructif des aciers à outils après traitement thermique ou traitement de surface.

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ABSTRACT

Selection guide for the treatment of tool steels

Due to an increased productivity in every area of material forming, tools are subjected to increasingly severe stresses. This may lead to great dispersions in results depending on the selection criteria of the tool steel, its thermal and surface treatment as well as the design and state of the surface of the part to be manufactured. This article is a practical selection guide for heat and surface treatments of tool steels. It also provides a list of potential issues with their analysis and the various destructive and non-destructive tests for tool steels after thermal or surface treatment.

Auteur(s)

  • Robert LÉVÊQUE : Ingénieur Civil des Mines - Président d’Honneur du Cercle d’Études des Métaux, École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne

INTRODUCTION

Les aciers à outils sont utilisés dans de nombreux domaines de mise en forme des matériaux par coulée, déformation à chaud et à froid, extrusion et filage, découpage et emboutissage, sans oublier l’usinage. La nécessaire augmentation de productivité (par exemple dans la plasturgie et la coulée sous pression des alliages d’aluminium), ainsi que la mise en œuvre de matériaux très réfractaires (alliages de titane, zirconium, cuivre, nickel et cobalt) ont pour conséquence une élévation des sollicitations mécaniques et thermiques, ainsi que des dégradations accrues par phénomènes d’usure, de fluage, de fatigue et de corrosion. Dans ces conditions, la tenue des outillages est conditionnée par un certain nombre de facteurs parmi lesquels on peut citer :

  • le dessin et la conception de la pièce ;

  • la nature et la qualité du matériau choisi ;

  • les qualités de l’usinage et de la finition (rectification par exemple) ;

  • le traitement thermique et le traitement de surface ;

  • les conditions d’utilisation en service.

Tous ces facteurs influent sur l’état des contraintes liées, d’une part à la mise en œuvre de l’outil, d’autre part aux conditions d’utilisation. Leur maîtrise est absolument nécessaire pour permettre une approche globale de l’optimisation des outils. Dans ce domaine, les efforts et pressions de contact sont de mieux en mieux connus grâce aux codes de calcul simulant les écoulements de matière dans les outillages. Des progrès ont été faits aussi dans la détermination des conditions aux limites par une meilleure connaissance des flux thermiques échangés entre l’outil et la matière mise en œuvre ou usinée.

Néanmoins, le choix du matériau constituant l’outil reste encore un problème complexe où se conjuguent des facteurs d’ordre technique (au niveau de la mise en œuvre et de la tenue en service) et d’ordre économique (coût de la matière, de la mise en œuvre et disponibilité sur le marché). C’est pourquoi l’expérience pratique d’atelier conserve toute sa place à côté des codes de calcul pour l’approche de l’optimisation des outillages.

La méthode de choix proposée s’efforce de conduire à une solution qui correspond au coût unitaire minimal, ce coût étant défini comme le coût total de la tenue de l’outil (matière, usinage, traitement thermique, traitement de surface, finition mécanique, entretien) divisé par le nombre effectif de pièces qu’il permet de produire (durée de vie). Dans cette démarche d’optimisation de la tenue de l’outil, le traitement thermique et le traitement de surface constituent deux critères déterminants.

Le présent article rassemble les données d’ordre pratique pour aider l’utilisateur dans le choix de sa gamme de traitement thermique et de traitement de surface. Des indications sont données sur les différentes filières de traitements superficiels, ainsi que sur les propriétés des principaux revêtements réalisés. Le problème des variations dimensionnelles est également abordé avec les indications nécessaires pour minimiser ces dernières. En guise de conclusion, les principaux incidents pouvant survenir au cours de la fabrication des outillages sont décrits avec des indications susceptibles de fournir à l’utilisateur des données sur les causes possibles et les remèdes correspondants.

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KEYWORDS

heat treatment   |   surface treatment

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v4-m1137


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1. Gamme de traitements thermiques

1.1 Prétraitements

Lorsqu’un outil présente des difficultés de mise en œuvre (formes complexes conduisant à des enlèvements de matière importants : matrices de presse, moules de coulée sous pression), ou lorsqu’il est prévu de réaliser avant le traitement thermique final un revêtement à haute température (par voie gazeuse ou immersion en bain de sels fondus), il est fortement recommandé d’effectuer un ou plusieurs prétraitements. Leur but est de présenter au traitement final de trempe et revenu des pièces dans l’état le plus favorable au bon déroulement de ce traitement. Il est en effet souhaitable que le niveau des contraintes résiduelles soit le plus bas possible dans les outils à traiter, pour éviter les incidents lors du traitement thermique ultérieur (déformations, fissurations au chauffage pouvant conduire à des risques de tapures lors de la trempe ultérieure). Les déformations sont en particulier rédhibitoires lorsque le traitement thermique doit être réalisé sur des outils revêtus avec des épaisseurs de couche de quelques micromètres et de haute dureté. Le niveau de contraintes résiduelles est d’autant plus bas que la structure initiale de l’acier est plus stable et facilement usinable. Ces caractéristiques sont obtenues pour une dispersion homogène de carbures globulisés dans une matrice ferritique. Pour réaliser de telles structures, l’utilisateur aura le choix entre plusieurs procédés que nous décrirons successivement.

  • Recuit complet

    Ce traitement est à conseiller lorsque la structure de l’acier a été dégradée par des opérations antérieures inadaptées : structure hétérogène, carbures en réseau, grosseur de grains trop importante. Ce résultat peut être la conséquence des opérations suivantes :

    • traitement thermique mal conduit nécessitant un second cycle de trempe et revenu (par exemple : température de trempe trop élevée ou conditions de refroidissement insuffisantes) ;

    • ébauches reprises par contreforgeage chez des sous-traitants et livrées sans aucune garantie de structure optimale de recuit.

  • Recuit de détente

    Il doit être effectué entre l’usinage de la première ébauche et l’usinage de la deuxième ébauche ou l’opération...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - HAIRY (P.), RICHARD (M.) -   Traitement de surface des moules de fonderie sous pression  -  . 37es journées du Cercle d’études des métaux (CEM), Albi. Bulletin du CEM, tome XVI, n° 17 (mai 1998).

  • (2) - HEINKELE (E.) -   Traitement thermique optimisé pour la transformation d’acier.  -  Revue Traitements et Matériaux, n° 420, p. 36 à 38 (janvier-février 2013).

  • (3) - HEILMANN (P.) -   Le traitement thermique avec chauffage convectif et trempe gazeuse haute pression.  -  Revue Traitement Thermique, n° 282, p. 43 à 48 (mai 1995).

  • (4) - CHAFFOTTE (F.), DOMERGUE (D.), LEFEVRE (L.), GOLDSTEINAS (A.), DOUSSOT (X.) -   Nouveaux procédés de trempe gaz haute pression  -  . Revue Traitement Thermique et Ingénierie des Surfaces, n° 357, p. 19 à 23 (août-septembre 2004).

  • (5) - FAURE (D.), PEREZ (G.) -   Évolutions techniques du refroidissement des pièces massives  -  . Revue Traitement...

NORMES

  • Systèmes de désignation des aciers, Partie 1 : désignation symbolique. - NF EN 10027-1 - (2017) :

  • Systèmes de désignation des aciers – Partie 2 : systèmes numériques. - NF EN 10027-2 -

  • Aciers à outils. - NF EN ISO 4957 - (2018) :

  • Barres en aciers laminées à chaud. Partie 1 : dimensions des barres rondes. - ISO 1035-1 - (1980) :

  • Barres en acier laminées à chaud. Partie 2 : dimensions des barres carrées. - ISO 1035-2 - (1980) :

  • Barres en acier laminées à chaud. Partie 3 : dimensions des barres plates. - ISO 1035-3 - (1980) :

  • Barres en acier laminées à chaud. Partie 4 : tolérances dimensionnelles. - ISO 1035-4 - (1982) :

  • ...

1 Sites Internet

http://www.France-metallurgie.com

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

HAUT DE PAGE

2.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Producteurs d’aciers à outils

Ascometal, Groupe Lucchini, Immeuble Le Colisée, 8 avenue de l’Arche, 92419 Courbevoie

http://www.ascometal.fr

Bohler Uddeholm France, 12, rue Mercier, ZI de Mitry-Compans, 77290 Mitry-Mory

http://www.uddeholm.fr

Edelstahlwerke Witten – Krefeld Härterei Technik GmbH, Auestrasse 4, D – 58452, Witten

http://www.dew-stahl.com

Eramet Aubert et Duval, Tour Maine Montparnasse, 33 avenue du Maine, 75755 Paris cedex 15

http://www.aubertduval.com

Erasteel, Tour Maine Montparnasse, 33 avenue du Maine, 75755 Paris...

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