Traitements superficiels des aciers à outils

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 attrition mécanique), thermique (traitement de trempe superficielle) ou thermochimique. 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 à froid et certaines pièces d’usure, il est possible d’utiliser 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 est relative aux traitements de transformation structurale par voie mécanique ou thermique, ainsi qu’aux traitements thermochimiques. La deuxième partie est 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.

Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des notations utilisées.