TRAITEMENTS THERMIQUES

Des tensions internes peuvent apparaitre dans des pièces de fonderie, par exemple en raison d’un refroidissement ou de concentrations volumiques  inégales lors de la coagulation. Comme son  nom l’indique, le but de ce traitement thermique est réduire les tensions internes du matériau. Cela n’a quasiment aucun impact sur la structure, la ténacité et/ou la dureté du matériau.

La matériau qui doit être usiné peut encore contenir des forces de tension internes dues aux process précédents. Ces tensions rendent le comportement de l’acier difficile à prévoir. Lors des process ultérieurs, ces tensions internes peuvent provoquer des déviations dans les dimensions ou des déformations. Le recuit basse tension est parfois appelé « recuit sans tension ». Néanmoins, il est impossible de faire disparaitre toutes les tensions de l’acier; une certaine quantité de tension résiduelle peut rester. Recuit basse tension est donc un meilleur nom pour ce traitement thermique.

Avec le recuit basse tension, la température du produit n’est pas portée à un niveau qui entrainerait la modification de la structure de l’acier. Le recuit basse tension est en général effectué à une température comprise entre 580°C et 620°C. La température de recuit dépend grandement de la stabilité thermique du matériau. Si le matériau est maintenu à cette température longtemps (en général plusieurs heures), les tensions internes diminuent. Lors de ce recuit, il est important que la montée en température et le refroidissement soient lents afin d’éviter l’apparition de nouvelles tensions dues à des différences de température à l’intérieur de la pièce. Le refroidissement doit être deux fois plus lent que la montée en température. .

Un matériau forme sa structure martensitique lors du durcissement: une structure dure et brillante. Des craquelures peuvent apparaitre. Pour réduire ce risque, les pièces durcies reçoivent un traitement thermique additionnel immédiatement après le durcissement et avant d’avoir complètement refroidi.  Ce traitement thermique est également appelé revenu Il rend le matériau moins fragile et réduit les tensions internes dues à la trempe. Il est très important de réduire les tensions internes. Après le durcissement, un produit peut avoir une bonne apparence mais avoir des problèmes dès la première utilisation en raison des tensions toujours présentes.

Le niveau de température du revenu est déterminé par la composition de l’acier et les propriétés souhaitées. Pour la plupart des aciers, la température de revenu est entre 150°C et 350°C. En général, plus la température est basse, plus la ténacité est élevée et plus la dureté est basse. La température de revenu doit donc être choisie en fonction du but recherché. Un recuit à une température d’environ 500°C ou plus est appelé revenu à température élevée ou affinage.

Si l’acier subit des traitements de forge, de fonderie, ou de soudure par exemple, il peut devenir extrêmement chaud. En conséquence, des structures irrégulières, grossières, peuvent apparaitre et réduire les propriétés mécaniques du matériau. Le recuit de normalisation (aussi appelé normalisation) est une méthode de recuit conçue pour rendre à l’acier une structure homogène. Cela permet d’avoir un grain fin et de meilleures propriétés mécaniques. Les tensions internes sont également réduites au minimum. Ce type de recuit est appliqué à des aciers avec un pourcentage de carbone inférieur à 0.7% environ.

Lors d’un recuit de normalisation, le produit est réchauffé jusqu’à ce que seule l’austénite soit présente (300 à 700°C). Il faut compter en général 30 minutes dans le fourneau plus 2 minutes par millimètre d’épaisseur. Le refroidissement est ensuite effectué à l’air libre. La vitesse de refroidissement est légèrement plus élevée que pour le recuit basse tension. Tant que la structure reste austénitique, une croissance des grains peut encore se produire, ce qui entraine un grainage grossier, annulant ainsi l’effet d’affinage du grain du recuit de normalisation.

Etant donné que deux transitions de phases se produisent dans ce type de recuit (de la ferrite à la perlite puis à l’austénite, puis l’inverse), la réduction de la taille de grains va se produire deux fois.  En effet plusieurs noyaux de croissance apparaissent pour chaque cristal lors de la phase de transition. Cela entraine l’apparition d’une structure de perlite à grains fins qui dépend du type d’acier. Après un recuit de normalisation, le matériau a globalement la même structure.

Le recuit d’adoucissement et le raffinage sont des recuits qui permettent de rendre l’acier plus doux. Le but de ce recuit est de donner à l’acier une structure qui peut être mieux usinée et déformée. Le risque de fissures pendant un traitement de durcissement est également réduit. Le recuit entraine une diminution de la résistance à la traction et de la dureté d’environ 10 à 25%, en revanche la ténacité augmente légèrement. Une structure de carbures sphéroïdaux dans une matrice de ferrite apparait. Grâce aux carbures sphéroïdaux les bavures partent plus facilement à l’usinage, la surface de métal sera donc plus lisse que dans le cas de l’usinage d’un acier non recuit.  L’acier est chauffé à une température juste en dessous de la zone austénitique, puis refroidi très doucement.

Une autre méthode consiste à laisser la température fluctuer autour de 720°C, de façon à ce que seule un petite partie de la structure soit austénitisée. Ce type de recuit est utilisé surtout avec des types d’acier ayant un taux de carbone élevé. La durée du recuit varie entre 5 et 24 heures et est suivi par un refroidissement lent dans le fourneau.