Les Traitements d'Acier

Les traitementsLes traitementsthermiques des thermiques des

aciersaciers

V. BooputhI. Doomun

Presentation sur

La fabrication de l’Acier

L’Acier

L'acier, c'est du fer additionné de carbone, depuis un taux proche de 0%, correspondant à des traces infimes, jusqu'à 2 %. Le dosage en carbone influe sur les caractéristiques du métal. On distingue deux grandes familles d'acier : les aciers alliés et les aciers non-alliés. Il y a alliage lorsque les éléments chimiques autres que le carbone sont additionnés au fer selon un dosage minimal variable pour chacun d'eux.

Les Aciers

La famille des aciers est subdivisée suivant ces 5 grandes sous-familles. Les aciers de traitement thermique couramment utilisés en construction mécanique appartiennent principalement à la sous-famille des aciers spéciaux de construction mécanique mais on peut également utiliser certains aciers de la sous-famille des aciers d’usage général.

Les Aciers

Les Aciers

Aciers d’usage général(Aciers non alliés)

Aciers spéciaux deconstruction mécanique(Aciers faiblement alliés)

Aciers spéciaux(Aciers maraging)

Aciers inoxydables(Aciers fortement alliés)

Aciers à outils

Désignation normalisée des aciers

de traitement thermiqueAvant toute chose, il est nécessaire de bien connaître la désignation des différents alliages, et en particulier celle des aciers de traitement thermique. Celle-ci est définie par les normes soit française (NF A) ou européenne (EN). On donne ici les désignations en vigueur depuis 1992 mais également les désignation antérieures car elles sont encore largement employées.

Aciers spéciaux non alliés(Aciers d’usage général)

Désignation des aciers spéciaux non-alliés (norme EN 10020)

C 35H2

Acier spécialnon-allié

Centuple de la teneur en carbone

Particularités

Aciers spéciaux non alliés(Aciers d’usage général)

Les aciers de la première sous-famille aptes aux traitements thermiques sont les aciers spéciaux non-alliés.

La désignation de ces aciers non-alliés est définie par la lettre « C » (pour acier au carbone) suivie d’un nombre représentant le centuple de la teneur nominale en carbone (ici 0,35%).

Cette désignation peut être complétée pour désignée une particularité (ici H2 correspond à une bande de dispersion Jominy plus étroite).

Les aciers spéciaux de construction mécanique (aciers

faiblement alliés) La teneur de chaque élément d’alliage ne dépasse 5%

Désignation (norme EN 10020)

35CRM

O4

Teneur (x 100)

en carbone

Symbole chimique des éléments d’alliage(dans l’ordre des

teneurs décroissantes)

Teneur (x coeff.) de(s) éléments

d’alliage

Les aciers spéciaux de construction mécanique (aciers

faiblement alliés)Ces aciers de la seconde sous-famille, tous

aptes aux traitements thermiques, sont des aciers faiblement alliés, c’est à dire que la teneur de chaque élément d’alliage ne dépasse pas 5% (en masse).

Les aciers spéciaux de construction mécanique (aciers

faiblement alliés)La désignation de ces aciers commence par un

nombre correspondant au centuple de la teneur nominale en carbone (ici 0,35%) puis par une suite de symboles chimiques des principaux éléments d’alliage (ces symboles sont donnés dans l’ordre décroissant des teneurs) et enfin par un ou plusieurs nombres correspondants aux teneurs de ces éléments d’alliage (à un coefficient multiplicatif près).

Les aciers spéciaux de construction mécanique (aciers

faiblement alliés)Valeur des coefficients multiplicateurs en

fonction des éléments d’alliage

x 4 x 10 x 100 x 1000

Cr, Co, Mn,Ni, Si, W

Al, Be, Cu,Mo, Nb, Pb,Ta, Ti, V, Zr

Ce, N, P, S B

Les aciers spéciaux de construction mécanique (aciers

faiblement alliés)Le tableau dans le slide précédent donne la

valeur du coefficient multiplicateur en fonction de la nature de l’élément d’alliage. Ce coefficient permet d’avoir une valeur entière dans la désignation de l’alliage.

Composition chimique des aciers de traitement thermique

Acier C35

Acier 35 CrMo 4

%C %Mn

%Si %S %P %Ni %Cr %Mo

%Cu %Al

0,36 0,66 0,27 0,016

0,02 0,02 0,21 0,02 0,02 0,06

%C %Mn

%Si %S %P %Ni %Cr %Mo

0,36 0,77 0,28 0,01 0,02 0,16 0,96 0,28

Composition chimique des aciers de traitement thermique

Ces aciers, qu’ils soient aciers spéciaux non-alliés ou aciers faiblement alliés doivent respecter une composition chimique nominale tolérancée sur la teneur de chaque élément. Ainsi un acier C35 peut être à 0,36%C et la teneur en chrome dans un acier 35 CrMo 4 peut être différente de 1% (coeff. multipl. = 4).

Les traitements thermiques des aciers

Les traitements thermiques des aciers

Traitements de durcissement

Traitements de d’adoucissement

Trempe Revenu Recuit

Les traitements thermiques des aciers

Un traitement thermique est une opération qui a pour but de modifier la structure interne d’un acier, sans influer sur sa composition chimique, afin de donner à cet acier les caractéristiques mécaniques convenables pour son emploi.

La trempe

La trempe des aciers comporte un chauffage jusqu’au-delà de la température d’austénitisation, un maintien à cette température pendant un temps déterminé et un refroidissement à une vitesse déterminée.

La trempe s'effectue après une mise en solution de certains composés : Il s'agit de maintenir le matériaux à tremper à une température suffisante et suffisamment longtemps. On plonge ensuite la pièce dans un liquide (bain d'huile, eau, plomb fondu, etc ) ou on le refroidit avec un gaz (azote, air, etc).

La Trempe

Dans le cas des aciers, le but est d'éviter la précipitation de certains composés et ainsi augmenter la dureté du matériau. Pour d'autres métaux, la trempe peut avoir l'effet inverse, par exemple avec les alliages d'aluminium ou aciers inoxydables.

Le Revenu

Le revenu se pratique après une trempe, par chauffage à une température inférieure à celle de la trempe. Il permet d'améliorer la résistance mécanique des pièces traitées en diminuant la dureté (en favorisant la dissolution de certains composés fragiles tels que les carbures) et les contraintes thermiques internes obtenues lors de la trempe. On chauffe à une température inférieure à celle d'austénitisation, puis on refroidit plus ou moins rapidement. 

Le Revenu

Dans certains cas (alliages à durcissement structural) le revenu permet après trempe d'augmenter les caractéristiques mécaniques.

Le Recuit

Le recuit se fait après un traitement mécanique, une opération de soudage, etc. afin de rendre plus homogène le matériau et lui rendre une partie de ses propriétés antérieures. On chauffe jusqu'à austénitisation totale de la pièce, puis on laisse refroidir lentement, ce qui lui fait retrouver ses anciennes propriétés.

La cémentation

La cémentation est un traitement thermo-chimique, en ce sens qu'il modifie en surface la composition chimique de l’acier de base. Cette modification consiste en l’occurrence en un enrichissement en carbone, d'où naissance ou accroissement de certaines propriétés mécaniques de la pièce considérée après traitement thermique final.

La cémentation

Cet enrichissement en carbone s'effectue dans un milieu susceptible de fournir à l’acier du carbone libre, et à une température telle que la structure du métal soit la plus favorable pour recevoir ce carbone. La température se situe généralement entre 880 et 950 °C et la structure est austénitique. Le résultat du traitement est une solution solide d'insertion du carbone dans l’austénite.

Fabrication de bar d’acier pour les différents travaux

Outillage et Machineries

Conclusion Découvert 4000 ans de cela, l’acier est un métal aux

caractéristiques très rigoureuses et dont l’utilisation est très rependue dans le monde, que ce soit dans la construction, dans la fabrication des outils, machineries, pièces de rechanges, de véhicules et ainsi de suite.

La raison derrière son utilisation importante et conséquente est parce que l’acier jouit d’une durabilité, soudabilité, malléabilité, ductilité, conductivité et de sa résilience.

Finalement, l’acier demeure l’alliage à base de fer et de carbone la plus exploité du monde dans divers domaines.