Les Traitements Thermiques

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Les Traitements Thermiques

Plan: I- Introduction

II- Transformation métallurgique

III- La Trempe et le Revenu

IV- Applications Industrielles

V- Conclusion

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Les opérations de traitement thermiques sont destinées à modifier les caractéristiques des matériaux métalliques.

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

INTRODUCTION

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

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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

INTRODUCTION

dans la structure cristalline des matériaux

par application de cycles thermiques.

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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

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TRANSFORMATIONS MÉTALLURGIQUES

Fer α : Maille cubique centrée =>Haute resistance mais faible ductilité

Température (°C)

906°

1401°

1518°Fer δ: Maille cubique centrée

Peu d’intérêt sur le plan industriel

Fer γ : Maille cubique à faces centrées => Résistance au cisaillement et grande ductilité

Tambiante

b- Le Fer

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c- L’alliage Fer-Carbone

906°

1401°

1518°

600°

1 2 3 4 5 6 7

Température (°C)

%C

C

C

C

C

C

C

Fer γ

Fer α

0.008

Ferrite

0.83

Perlite

Limite Acier / Fonte

6.67

Cémentite

Lim

ite

d’ab

sorp

tion

Acier Bas Carbone 0.02 %C

Acier eutectique (perlite)Fonte Blanche Eutectique ( Lédéburite ) 4.3%C

70.83 6.67

d- Le diagramme fer-carbone

Ligne A1

0.008

906°

1401°

1518°

600°

1 2 3 4 5 6 7

Température (°C)

%C

A3

723°

1148°

Acm

Ferrite α + Cémentite (Fe3C)

Austénite γ

Ferrite α Austénite γ + Cémentite

Solidus

Liquidus

γ +LiquideLiquide+ Fe3C

Liquide

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Les traitements thermiquesLes 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

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Les traitements thermiquesLes 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)

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Les traitements thermiquesLes traitements thermiques

Déroulement sur courbe:

Fer γ

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Les traitements thermiquesLes 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

grad T

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Les traitements thermiquesLes traitements thermiques

Le revenu:

_ atténue les effets de la trempe

_ Principe

Le recuit:

_ Principe

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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.

Epée antique composée partiellement de martensite

Les trempes étaient réalisées a l’eau, a l’huile et même avec du sang (parfois humain)

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Exemples de pièce trempées :

Roulements à billesengrenages/pignons arbrés

Ressorts

Lames

Outils de coupe

Arbres

Etc.

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Séries :

- Unitaires (Artisanat, …)

Ex : fer à cheval

- Moyennes, grandes et très grandes séries (Industrie)

Possibilité de traitement à la chaîne

Ex : Roulements, ressorts, …

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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.

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Exemple/variante :

Carburation d’engrenages

Application de Carbostop C4 EWAppliquer une couche régulière de Carbostop C4 EW et laisser sécher.Dans la plupart des cas, une couche suffit.

Ce procédé permet de traiter seulement les dents des engrenages de façon a conserver une grande résistance a cœur de la pièce.

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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.

Conclusion :