Article de référence | Réf : M1110 v1

Différents types de traitements envisageables
Panorama métallurgique des traitements thermiques

Auteur(s) : Yves DESALOS

Date de publication : 10 mars 2004

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RÉSUMÉ

Les traitements thermiques permettent d'élargir la gamme de matériaux possibles pour une pièce. En effet, ils élargissent les possibilités de mise en forme des pièces et améliorent les propriétés d'emploi du matériau pendant et après la mise en forme. Cet article présente les différents types de traitements thermiques possibles, leurs principes métallurgiques, et des exemples d'applications sur des alliages particuliers.

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Auteur(s)

  • Yves DESALOS : Ingénieur civil des Mines, Docteur ès sciences - Expert Métallurgie – Traitements RENAULT SA

INTRODUCTION

L’article introductif a montré que, pour fabriquer une pièce déterminée, les performances du matériau utilisé sont évidemment un premier élément de dimensionnement, mais que le coût de la gamme d’élaboration, qui dépend notamment d’un dessin judicieux des parties fonctionnelles, de leur facilité de mise en forme et de leurs modes de liaison est souvent un élément décisif de choix industriel.

Les traitements thermiques interviennent dans cette problématique du choix des matériaux soit en élargissant les possibilités de mise en forme de la pièce, soit en améliorant les propriétés d’emploi du matériau, pendant ou après la mise en forme.

Au plan métallurgique, les traitements thermiques des alliages métalliques reposent sur des évolutions structurales en phase solide qui ont été souvent étudiées en premier sur les aciers spéciaux susceptibles de présenter des transformations allotropiques. Toutes les familles d’aciers ne sont évidemment pas traitées en faisant intervenir le passage par une transformation allotropique soit que la composition retenue ne le permette du point de vue thermodynamique, soit que la métallurgie du traitement visé n’en ait cure. Les objectifs assignés aux traitements des aciers peuvent concerner en effet des secteurs aussi variés que l’homogénéisation compositionnelle à chaud, une recristallisation après écrouissage à faibles températures, un adoucissement par transformation allotropique lente au refroidissement ou par revenu, un durcissement par trempe et revenu, un durcissement « structural », un durcissement superficiel par enrichissement en éléments interstitiels...

Pour la plupart des familles d’alliages, comme ceux de l’aluminium, on ne peut pas profiter de transformations allotropiques et les possibilités de durcissement se limitent à l’écrouissage ou au durcissement structural.

Par ailleurs, pour tirer le meilleur parti de tenues en service particulières, les traitements thermiques peuvent être relativement sophistiqués : c’est le cas des superalliages à base nickel, dont la tenue à chaud (plus de 1 000 ˚C) repose sur la maîtrise simultanée d’un durcissement par solution solide de la matrice, d’une morphologie de précipitation optimale séquentielle de plusieurs phases judicieuses et d’un contrôle des joints de grains.

Dans des cas plus rares, on peut utiliser les possibilités d’un durcissement par décomposition spinodale pour obtenir des caractéristiques relativement intéressantes (ex. : alliage Cu-15 Ni-8 Sn), ou encore mettre à profit les effets de mémoire de forme au passage d’une phase à l’autre (ex. : laiton à 20 % Zn et 5 % Al).

Dans tous les cas, on sait associer – au moins de manière semi-quantitative – à chaque type de structure métallurgique après traitement, un ensemble de propriétés caractérisant soit la mise en forme, soit l’état d’emploi final.

Nous allons dans cet article résumer les aspects métallurgiques principaux des traitements thermiques abordés dans l’article d’introduction , sachant que les bases métallurgiques présidant à la mise au point de ceux-ci sera plus détaillée dans l’article suivant . Autrement dit, dans les rappels sur les bases métallurgiques des traitements thermiques des alliages métalliques, le présent article résumera les structures visées par traitement et famille d’alliages, tandis que le suivant reprendra les notions thermodynamiques et cinétiques indispensables à la compréhension des évolutions structurales correspondantes.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m1110


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1. Différents types de traitements envisageables

En mettant un peu à part les traitements thermomécaniques réalisés dans la chaude de mise en forme (laminage, forgeage, matriçage) avec hérédité de l’écrouissage, on peut distinguer, suivant leurs finalités métallurgiques, plusieurs familles de traitements purement thermiques réf. .

Traitements ou recuits d’homogénéisation. Pratiqués aux plus hautes températures du domaine solide, ces traitements visent surtout à réduire par diffusion les gradients de composition résultant de la solidification. Le rapprochement des espaces interdentritiques par des corroyages à chaud accélère l’homogénéisation chimique.

Restauration-recristallisation du métal écroui en cours de mise en forme à l’ambiante. Ces traitements, à relativement basse température par rapport aux recuits d’homogénéisation, ont pour objectif de restaurer la ductilité du métal soit en vue de poursuivre la mise en forme par écrouissage, soit en vue de propriétés d’emploi.

Traitements d’adoucissement par transformation allotropique de recuit ou normalisation, ou encore par revenu sans transformation allotropique. Ces adoucissements sont envisagés généralement pour faciliter des opérations d’usinage, permettre une mise en forme à froid difficile, ou encore reprendre une structure perturbée par un passage à haute température ou par une opération de soudage.

Durcissements par trempe et revenu. La trempe après chauffage en phase stable à relativement haute température conduit, sur certains alliages comme les « aciers de traitement thermique » réf. ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BENARD (J.), MICHEL (A.), PHILIBERT (J.), TALBOT (J.) -   Métallurgie générale  -  . MASSON Paris 1991.

  • (2) - HAASEN (P.) -   Physical Metallurgy  -  . North Holland Physics Publ. Amsterdam 1983.

  • (3) - HAN ZHI FAN -   Laser boronising of high-speed-steel gear cutting hobs – Surface Engineering  -  . 1992 8 no 1 p. 66.

  • (4) - MANENC (J.) -   Thermodynamique structurale des alliages  -  . PUF Paris 1972.

  • (5) - ANGELIER (C.) -   Métallurgie du titane et de ses alliages – Traitement thermique  -  . 1995 no 286/287 p. 59.

  • (6) - ARONSSON (B.) -   Steel Strengthening Mechanisms – Climax Molybdenum  -  . Zurich 1969 p. 77.

  • ...

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