Présentation

Article

1 - DIFFÉRENTES SOURCES DE CONTAMINATIONS DES PIÈCES

  • 1.1 - Contaminants et interaction avec le traitement thermique
  • 1.2 - Contaminants organiques
  • 1.3 - Contaminants minéraux
  • 1.4 - Particules métalliques
  • 1.5 - Autres sources de contamination

2 - PRÉPARATIONS DE SURFACE

3 - INFLUENCE DES PRINCIPAUX GAZ UTILISÉS EN TRAITEMENT THERMIQUE

4 - MOYENS DE CONTRÔLE DE LA QUALITÉ DE LA SURFACE

5 - POINTS CLÉS À SURVEILLER

  • 5.1 - Nouveau produit introduit dans l’atelier
  • 5.2 - Four de traitement thermique de trempe et de revenu, de séchage ou de dégazage et bacs de trempe
  • 5.3 - Bain de dégraissage, de traitement électrolytique et de rinçage

6 - CONCLUSION

7 - SIGLES ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : M1117 v1

Moyens de contrôle de la qualité de la surface
Dégradation de surface des pièces métalliques en traitement thermique

Auteur(s) : Marc BUVRON, Cécile COMBE

Date de publication : 10 sept. 2018

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NOTE DE L'ÉDITEUR

La norme NF EN ISO 643 (A04-102) du 15/01/2020 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 643 de janvier 2020 (2nd tirage du 01/09/2021) : Aciers - Détermination micrographique de la grosseur de grain apparente (1er tirage)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2109 (Septembre 2021).

23/12/2021

La norme NF EN ISO 643 d'avril 2013 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 643 (A04-102) : Aciers - Détermination micrographique de la grosseur de grain
apparente (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2001 (Février 2020).

16/03/2020

RÉSUMÉ

Lors des opérations de traitement thermique, les pièces métalliques et les éléments constitutifs de l’enceinte de chauffage sont portés à température dans une ambiance généralement gazeuse. Au cours du processus de fabrication, des interactions non souhaitées peuvent se produire entre les composés chimiques présents (solides, liquides ou gazeux) et les pièces et/ou les éléments constitutifs de l’enceinte, ce qui entraîne une dégradation des surfaces. Cet article traite de ces interactions non souhaitées perturbant la santé des pièces et la qualité des traitements réalisés ultérieurement. Les principales causes de ces défaillances, ainsi que les méthodologies de contrôles à employer, y sont présentées.

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ABSTRACT

Metallic parts surface failure in heat treatment

During heat treatment operations, the metal parts and the components of a furnace are heated up in a generally gaseous atmosphere. Unwanted interactions may occur between the chemical compounds (solid, liquid or gaseous) used during the manufacturing process and the parts and/or components of the furnace, resulting in surface degradation. This article deals with unwanted interactions that damage parts and lower the quality of treatments performed later on. The main causes of these failures and the control methods to be used are presented.

Auteur(s)

  • Marc BUVRON : Chargé d’études sur les matériaux métalliques et les traitements thermiques - Pôle Matériaux Métalliques et Surfaces, - Centre technique des industries de la mécanique (CETIM), - Senlis, France

  • Cécile COMBE : Ingénieur d’études sur les matériaux métalliques et les traitements thermiques - Pôle Matériaux Métalliques et Surfaces, - Centre technique des industries de la mécanique (CETIM), - Saint-Étienne, France

INTRODUCTION

Le traitement thermique a pour fonction de modifier la microstructure initiale d’une pièce en surface et/ou à cœur, pour lui conférer des propriétés d’usage spécifiques (amélioration de la résistance à l’usure, de la durée de vie en fatigue, de la résistance à la corrosion…).

Lors du traitement thermique – qui consiste à porter la pièce en température dans une ambiance gazeuse – des interactions non souhaitées entre la surface de la pièce et l’atmosphère du four peuvent se produire et conduire à la dégradation de la surface. Parmi les précautions, une attention particulière doit être portée avant traitement sur la préparation de la surface de la pièce à traiter, surface qui doit présenter un état de contamination connu et maîtrisé. La présence de résidus superficiels peut être la cause de dégradations par effet de barrière thermique ou physique et/ou de réactions physico-chimiques entre la pièce et l’environnement gazeux chauffé. La maîtrise de l’atmosphère de traitement (réglage du potentiel carbone par exemple) joue également un rôle prépondérant dans les réactions physico-chimiques pouvant se produire à la surface des pièces et conduire à leur dégradation. Les effets couplés de l’atmosphère et de la contamination des surfaces avant traitement ont en effet un impact direct sur la qualité des pièces traitées. Une mauvaise maîtrise des paramètres de traitement thermique peut donc être à l’origine de dégradations des pièces traitées qui peuvent également révéler des anomalies du process de fabrication en amont.

La première section de cet article est dédiée aux différentes sources de contaminations pouvant être retrouvées sur les pièces : leur nature, leur origine et leur impact.

Dans une deuxième section, sont développées les différentes atmosphères de traitement thermique et l’impact d’atmosphères mal maîtrisées sur la qualité des pièces traitées.

En supplément des éléments cités ci-dessus, les différentes parties ou équipements des fours de traitements thermiques (tapis, moufle, sole…), également soumis aux ambiances gazeuses chauffées, peuvent être le siège de dégradations et ils sont abordés dans cet article.

Enfin, nous évoquons brièvement les différentes techniques d’analyses pouvant être utilisées avant et après traitement thermique. Les principales règles de métier pour limiter les dégradations sur les pièces à traiter ou sur les éléments de four sont citées.

Le lecteur trouvera en fin d'article un tableau des sigles et des symboles utilisés.

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KEYWORDS

surface   |   heat treatment   |   failure   |   metallic alloys

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-m1117

CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :

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4. Moyens de contrôle de la qualité de la surface

4.1 Contrôle du dégraissage

Le dégraissage permet d’éliminer les produits organiques présents à la surface. Ils sont principalement constitués par les huiles et les graisses utilisées au cours de la fabrication des pièces. De l’efficacité de l’opération dépend l’importance de la dégradation de la surface lors des traitements thermiques ultérieurs par décomposition des contaminants, entraînant une réaction avec la surface et une diffusion des éléments chimiques dans les couches superficielles de la pièce. Différents moyens de contrôle du dégraissage sont utilisés (tableau 4).

HAUT DE PAGE

4.1.1 Tests habituels

Les tests habituels utilisés en atelier comme le test visuel, le test au chiffon propre ou la gravimétrie ne permettent de détecter la présence de contaminants que si leur quantité est importante.

HAUT DE PAGE

4.1.2 Test d’Hogaboom

Le test au sulfate de cuivre, appelé parfois test d’Hogaboom, consiste à déposer une solution acidifiée de sulfate de cuivre pour obtenir un déplacement chimique et la formation d’un dépôt de cuivre sur une surface en acier. Si la surface est contaminée, le dépôt ne se forme pas (figure 20). Ce test est fiable et permet d’apprécier l’aptitude de la surface à être revêtue. Néanmoins, il est destructif. Pour les pièces de faible coût, la surface n’est pas reprise et la pièce est rebutée à l’issue du test. Le test prend également en compte la présence d’oxydes qui subsistent à la surface.

HAUT DE PAGE

4.1.3 Tests de mouillabilité

Les tests de mouillabilité (film d’eau, brouillard, solvent red, nigrosine…) consistent à tenter...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BANSAL (J.G.) -   Engine lubricants – Trends and challenges.  -  DEER Detroit (2012).

  • (2) - BAY (N.) -   New Tribo – Systems for Cold Forming of Steel, Stainless steel and Aluminium alloys.  -  Proceedings of 46th International Cold Forging Group (ICFG) plenary Meeting (2013).

  • (3) - BAY (N.) -   The state of the art in cold forging lubrification. Journal of Materials.  -  Processing Technology. Volume 46, issue Pages 19-40 (1994).

  • (4) - BOUILLON (V.) -   Overview of oxidation laboratory tests on Industrial lubricants.  -  Lubmat ‘16.

  • (5) - BRUNETIERE (N.) -   Introduction à la tribologie.  -  Institut Pprime (2016).

  • (6) - MÉHEUX (M.) -   Interactions physico-chimiques des additifs de lubrification avec les surfaces métalliques...

1 Sites Internet

Huiles et graisses

ATC Europe – Chemistry of Lubricant Additives

https://www.atc-europe.org/public/Document%20118%20%20Lubricant%20Additives%20Use%20and%20Benefits.pdf

Noria Corporation – The Critical Role of Additives in Lubrication – Machinery Lubrification

http://www.machinerylubrication.com/Read/28980/additives-lubrication-role

NTIS – Grease composition – US department of the Navy (1975)

http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/d002109.pdf

SKF – Comprendre les caractéristiques techniques des graisses

http://www.skf.com/fr/products/lubrication-solutions/lubricants/understanding-grease-technical-data/index.html

Polymères de trempe

Houghton on quenching

https://fr.scribd.com/document/42708603/Houghton-on-Quenching

Produits de protection temporaire

Brochure commerciale CONDAT

https://www.condat.fr/produit/produits-de-protection/

Brochure commerciale ARCANE

https://www.arcane-industries.fr/details-gamme+de+vernis+pelable+pour+la+protection+temporaire+des+surfaces+industrielles-545.html...

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