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Traitements thermiques dans la masse des aciers à outilsArticle de référence | Réf : M1135 v3
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Auteur(s) : Robert LÉVÊQUE
Date de publication : 10 sept. 2013
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Cet article est la réédition de l'article [1135V2], paru en 2003 du même titre et du même auteur.
La norme ISO 4957 de décembre 1999 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 4957 "Aciers à outils" Révision 2018
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1806 (juillet 2018).
Les traitements superficiels des aciers à outils ont subi une forte évolution depuis une dizaine d'années. On a pu noter en particulier l'émergence de nouveaux traitements comme la nanotexturation de surface par voie mécanique, le grainage laser, la création de nouvelles surfaces propices au frottement par micro-usinage laser et la fabrication additive réalisée couche par couche par fusion laser de poudres. Le domaine des revêtements durs a été fortement modifié avec l'apparition de traitements multifonctionnels comme les traitements duplex et les revêtements nanotexturés par empilement de quelques centaines de couches de quelques dizaines de nm d'épaisseur. Ces innovations ont contribué à une amélioration substantielle de la durée de vie des outillages.
The surface treatment of tool steels has been greatly improved over the last decade. New treatments have been developed such as surface nanotexturation by mechanical processing, laser graining, creation of new surfaces fitted for friction resistance by laser micro-drilling and additive manufacturing formed layer by layer by laser melting of powders. The field of hard coatings has been strongly modified by the development of multifunctional treatments such as duplex coatings and nanotextured coatings obtained by the piling up of several hundreds of layers with a thickness of a few tens of nanometers. These innovations have contributed to a substantial improvement in the tools life-span.
Robert LÉVÊQUE : Ingénieur civil des Mines - Président d’honneur du Cercle d’études des métaux à l’École nationale supérieure des Mines de Saint-Étienne
Les traitements superficiels dans le domaine des aciers à outils ont pour but essentiel de réaliser une structure à gradient de propriétés mécaniques permettant d’améliorer, d’une part, la résistance au frottement et à l’usure sans dégrader la tenue à l’oxydation et à la corrosion, d’autre part, la résistance à la fatigue mécanique, thermique et de surface sans dégrader la tenue à la propagation des fissures et à l’écaillage. Les procédés couramment employés pour réaliser ces gradients de propriétés utilisent la voie mécanique (nanostructuration superficielle par grenaillage), thermique (traitement de trempe superficielle) ou thermochimique, cette dernière complétée éventuellement par la voie mécanique (grenaillage). Les caractéristiques tribologiques de la surface pourront être données en plus par des revêtements minces de quelques micromètres d’épaisseur apportant par ailleurs une protection contre l’oxydation, la corrosion ou l’échauffement en service. Ces revêtements sont réalisés par les techniques classiques de dépôt par voie liquide (notamment par galvanoplastie), ainsi que par les techniques de dépôt par voie sèche utilisant la voie chimique (CVD) et la voie physique (PVD). La combinaison du gradient de propriétés obtenu par traitement thermique ou thermochimique de surface et du revêtement dur obtenu par l’une des techniques citées permet d’optimiser les propriétés de surface de l’acier à outils en vue de ses conditions d’utilisation. Pour certaines applications, notamment dans le domaine de l’outillage de mise en forme à chaud ou certaines pièces d’usure, il est possible d’utiliser la projection à chaud de céramiques et de métaux, voire le rechargement ou la compaction isostatique à chaud, pour obtenir des revêtements épais, pouvant même atteindre plusieurs millimètres d’épaisseur dans ce dernier cas. La dernière famille de procédés permet de renforcer substantiellement la résistance à la fatigue thermique et à la déformation grâce à l’emploi d’alliages base nickel ou cobalt à hautes caractéristiques mécaniques à chaud.
La première partie du présent article sera relative aux traitements de transformation structurale par voie mécanique ou thermique, ainsi qu’aux traitements thermochimiques. La deuxième partie sera relative aux revêtements minces obtenus par la voie liquide ou par la voie sèche et la dernière partie aux revêtements épais obtenus par rechargement ou compaction isostatique à chaud.
properties | surface treatment
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TRAITEMENTS DES MÉTAUX
(1) - MULLER (T.), PREZEAU (T.), SAMUEL (J.) - Le nanopeening : une solution industrielle de nanostructuration de surface pour augmenter la durée de vie des outillages - Colloque Moules et Outils 2011, École des Mines d’Albi, octobre 2011, bulletin du CEM, Tome XVIII, n° 8 (décembre 2011).
(2) - MARSCHALL (C.W.) - Hardening tool steels by induction - Metal Progress (USA), p. 88 (1973).
(3) - GUERIN (S.) - Le laser structure en 3D la surface des moules - Colloque Moules et Outils 2011, École des Mines d’Albi, octobre 2011, bulletin du CEM, Tome XVIII, n° 8 (décembre 2011).
(4) - SODER (H.) - Le micro-usinage laser à impulsions ultra-brèves – femto-seconde. Journée technique organisée par le CEM, l’ARDI Rhône-Alpes et le Club Laser et Procédés - École des Mines de Saint-Étienne, 24 mai 2012, bulletin du CEM, Tome XVIII, n° 10 (octobre 2012).
(5) - CHABROL (C.), NOWAK (J.F.), LÉVÊQUE (R.) - Possibilités offertes par les lasers de puissance dans le...
Systèmes de désignation des aciers, Partie 1 : désignation symbolique. Indice de classement : A02-005-1. - NF EN 10027-1 - 11-2005
Systèmes de désignation des aciers – Partie 2 : systèmes numériques. Indice de classement : A02-005-2. - NF EN 10027-2 - 11-1992
Aciers à outils. Indice de classement : A35-590. - NF EN ISO 4957 - 05-2000
Aciers pour nitruration – Conditions techniques de livraison. Indice de classement : A36-560. - NF EN 10085 - 03-2002
Aciers et alliages réfractaires. - NF EN ISO 4955 - 04-2005
Nickel et alliages de nickel – Composition chimique et formes des produits corroyés. - NF EN ISO 9722 - 04-2010
1 Organismes – Fédérations – associations (liste non exhaustive)
Construire acier (ex Office Technique pour l’Utilisation de l’Acier), 20 rue Jean-Jaurès, 92800 Puteaux
Centre technique des industries mécaniques (CETIM), BP 67, 60304 Senlis Cedex
Association de Traitement Thermique et de Traitement de Surface (A3TS), 71 rue Lafayette, 75009 Paris
HAUT DE PAGE2.1 Producteurs d’aciers à outils (liste non exhaustive)
Akers France SA, Chemin du Leidt, 57100 Thionville
Ascometal, Groupe Lucchini, Immeuble Le Colisée, 8 avenue de l’Arche 92419 Courbevoie
Bohler Uddeholm France, 12 rue Mercier,...
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