Les Traitements Thermiques

1. Les Traitements Thermiques Plan: I- Introduction II- Transformation métallurgique III- La Trempe et le Revenu IV- Applications Industrielles V- Conclusion

2. INTRODUCTION Les opérations de traitement thermiques sont destinées à modifier les caractéristiques des matériaux métalliques. Elles consistent à faire subir au matériau un cycle thermique comportant:   • chauffage selon une allure imposée   • maintien à une ou plusieurs températures   • un refroidissement à une vitesse déterminée Elles agissent principalement sur :     • la dureté     • la résistance à la rupture     • la résilience ou la ductilité Elle ont aussi un effet sur :     • les propriétés tribologiques (frottement)     • la résistance à la corrosion     • les propriétés magnétiques     • la stabilité dimensionnelle

3. INTRODUCTION Ils se classent également selon qu’ils ont : Traitement dans la masse:modifier en profondeur les propriétés du matériau dans toute la section ou toute la masse du produit traité. Traitements superficiels ou traitements thermiques de surface:modifier superficiellement les propriétés du matériau ( profondeur limitée). l’existence et possibilité de provoquer des transformations métallurgiques dans la structure cristalline des matériaux par application de cycles thermiques.

4. I- TRANSFORMATIONS METALLURGIQUES→ L’alliage Fer-Carbone a- Le Carbone: • Fond à 3500°C • Cristallise sous trois forme: Le graphite Le diamant Le noir de fumée

5. TRANSFORMATIONS MÉTALLURGIQUES b- Le Fer Température (°C) 1518° Fer δ: Maille cubique centrée Peu d’intérêt sur le plan industriel 1401° Fer γ : Maille cubique à faces centrées => Résistance au cisaillement et grande ductilité 906° Fer α : Maille cubique centrée =>Haute resistance mais faible ductilité Tambiante

6. Température (°C) Fer γ 1518° C C C C C C 1401° Fer α Ferrite Perlite Cémentite 906° 600° %C 1 2 3 4 5 6 7 0.008 0.83 6.67 c- L’alliage Fer-Carbone Acier Bas Carbone 0.02 %C Limite Acier / Fonte Fonte Blanche Eutectique ( Lédéburite ) 4.3%C Acier eutectique (perlite) Limite d’absorption

7. Température (°C) 1518° 1401° 906° 600° %C 1 2 3 4 5 6 7 0.008 0.83 6.67 d- Le diagramme fer-carbone Liquide Liquidus Solidus γ +Liquide Liquide+ Fe3C Austénite γ 1148° Ferrite α Austénite γ + Cémentite Acm A3 723° Ligne A1 Ferrite α+ Cémentite (Fe3C)

8. Les traitements thermiques La Trempe: Objectifs du traitement thermique: _ Changement des caractéristiques mécaniques à cœur ou en surface d’une pièce. Différent résultats selon les matériaux. les effets sont différents selon les matériaux utilisés Exemple: _les Aciers: augmente la dureté, diminue la résilience _les alliages d’aluminium, les aciers inoxydables, effet inverse obtenu

9. Les traitements thermiques Déroulement du traitement: _ Chauffage _ Maintien en température _ Refroidissement Paramètres importants: _ Température de trempe _ Le temps de trempe _ Le taux de refroidissement _ La composition de l’acier (teneur en carbone, en élément d’alliage)

10. Fer γ Les traitements thermiques Déroulement sur courbe:

11. grad T Les traitements thermiques Problèmes rencontrés: _ augmentation de la fragilité du matériau _ gradient de température dans le matériau => déformations élastiques voir plastiques _ au chauffage: changement de structure => risques de fissures _ au refroidissement: changement de structure => risques de contraintes en surface _ réactions avec l’atmosphère: décarburation et formation d’oxydes

12. Les traitements thermiques Le revenu: _ atténue les effets de la trempe _ Principe Le recuit: _ Principe

13. Epée antique composée partiellement de martensite Applications des traitements thermiques : Histoire : La trempe un procédé utilisé depuis longtemps : Dès le début de l’âge du fer, des armes et des outils apparaissent constitués, au moins superficiellement, de martensite. Dès l’époque classique grecque, des lames ont une structure beaucoup plus complexe et sont partiellement constituées de ferrite et perlite. Les trempes étaient réalisées a l’eau, a l’huile et même avec du sang (parfois humain)

14. Exemples de pièce trempées : Ressorts engrenages/pignons arbrés Roulements à billes Arbres Outils de coupe Lames Etc.

15. Ex : fer à cheval Ex : Roulements, ressorts, … Séries : - Unitaires (Artisanat, …) - Moyennes, grandes et très grandes séries (Industrie) Possibilité de traitement à la chaîne

16. Dimension des pièces traitées et cadences - Toutes tailles de pièces : Tire-bouchons Benne de camion - Possibilité de cadences importante: Ex : la CFFC (Compagnie Française de Fontes en Coquille) est équipée de deux fours de traitement thermique d’une capacité respective de 2.5 T/heure à 3.5 T/heure.

17. Exemple/variante : Application de Carbostop C4 EW Appliquer une couche régulière de Carbostop C4 EW et laisser sécher. Dans la plupart des cas, une couche suffit. Carburation d’engrenages Ce procédé permet de traiter seulement les dents des engrenages de façon a conserver une grande résistance a cœur de la pièce.

18. Conclusion : Le traitement thermique est un moyen de modifier des caractéristiques mécaniques. Il optimise l’emploi d’un matériau et est une solution de renforcement des pièces mécaniques. Il est la valeur ajoutée au matériau.