Traitements thermiques des m

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Traitements thermiques des métaux

• Les traitements thermiques se répartissent en
  deux grandes catégories
• Les traitements de durcissement
• Les traitements dadoucissement
• Ils se classent aussi selon quils ont
• Pour effet de modifier en profondeur les
  propriétés du matériau (traitement dans la masse)
• Pour effet de modifier superficiellement les
  propriétés du matériau sur une profondeur limitée
  calculable (traitements thermiques superficiels
  ou de surface)

GLOSSAIRE
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Structure cristalline du fer
Austénitisation
Fer ?
Fer a
Tidéale
Structure cristalline cubique centrée
Structure cristalline cubique à faces centrées
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Les Traitements Thermiques
Définition Les traitements thermiques ont pour
but de modifier la structure de lacier (au cœur
ou en surface) dans loptique daméliorer les
performances des caractéristiques mécaniques ou
de retrouver ses caractères initiaux.
Aciers ce sont des alliages contenant jusqu'à
2,06 de carbone, sous forme de carbure de fer
ou cémentite. Fer le fer possède deux
structures cristallines différentes. En dessous
de la température dausténitisation, le fer
possède une structure cristalline cubique centrée
(fer a). De 960C à 1400C le fer possède une
structure cubique face centrée (fer
?). Ductilité aptitude d'un corps de se
laisser tirer sans se rompre. Malléabilité
aptitude du métal à se laisser réduire en
feuilles minces par laminage. Cette
caractéristique dépend de la plasticité. Résilien
ce résistance d'un métal aux chocs. Ténacité
résistance à la rupture d'un métal. Austénite
l'austénite est une solution solide de carbone
dans le fer ?. Cémentite (ou carbure de fer)
la cémentite est constituée de molécules
composées d'atomes de fer et d'atomes de carbone.
Pour obtenir un carbure de fer, il faut 3 atomes
de fer et un atome de carbone (Fe3C). Ferrite
la ferrite est une solution solide de carbone
dans le fer a. Martensite solution solide
sursaturée de carbone. La martensite est un
composant de trempe.
VOCABULAIRE
TT DE MASSE
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Les traitements thermiques de masse

• Les principaux traitements thermiques de masse
  sont

- La trempe qui durcit la pièce mais qui crée
des tensions au cœur de la masse - Le revenu
qui élimine les tensions internes - Le recuit
qui permet de retrouver les caractéristiques de
lacier avant traitement
TREMPE
REVENU
RECUIT
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Les traitements thermiques de masse LA TREMPE
Définition cycle thermique que subit la pièce,
consistant en un chauffage à température
dausténitisation, puis d un maintien à
température suivi d un refroidissement rapide.
a) chauffage pour atteindre la température
d austénitisation. (transformation de l acier
en Austénite par passage du Fer a au Fer ?).
b) le maintien à température dissout les carbures
dans l austénite. (le carbone de la cémentite
Fe3C se sépare pour s incérer au centre des
mailles du Fer ?, ), durée 1min/mm d épaisseur
de pièce.
c) le refroidissement rapide (l eau, l huile ou
l air) évite la formation de la perlite
(constituant obtenu par la croissance de lamelles
de cémentite alternées avec des lamelles de
ferrite en cas de refroidissement lent).
TEMPERATURE
Le carbone reste ainsi en solution forcée dans le
Fer a. Ce qui confère beaucoup de dureté à ce
nouveau constituant appelé  MARTENSITE .
Les températures
TEMPS
LE REVENU
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Détermination de la température dausténitisation
Cette valeur dépend directement de la proportion
de carbone dans la matière. On lobtient en
lisant le Diagramme déquilibre Fer-Carbonne.
Elle est parfois spécifiée dans les
caractéristiques de la matière suivant le
fournisseur
REVENU
Exemple pour du C40 soit un acier non allié avec
0,4 de carbone
Température dausténitisation, 850C
850
Cette température doit être maintenue dans toute
la pièce pendant un temps minimum 1min/mm
dépaisseur de pièce
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Les traitements thermiques de masseLE REVENU
Après des étapes de mise en forme à froid, le
métal contient un grand nombre de défauts
cristallins ponctuels qui lui confère une
résistance mécanique augmentée. En même temps la
ductilité du matériau est réduite. Pour regagner
cette ductilité, on utilise le revenu

• Le Revenu est effectué systématiquement après la
  trempe cycle thermique que subit la pièce,
  consistant en un chauffage entre 200 et 600,
  puis d un maintien à température suivi d un
  refroidissement lent.

a) -chauffage à 200 mini pour éliminer les
tensions internes dues au refroidissement brutal
de la périphérie de la pièce sur le cœur dilaté.
La contraction brutale de la périphérie, lors de
la trempe, engendre des tensions entre le cœur et
la périphérie. - chauffage entre 200 et 600
pour rechercher une valeur de caractéristique
mécanique précise.
b) - maintien à température pendant une heure
mini pour permettre l élimination des tensions
dans toute la masse.
c) - refroidissement lent pour éviter la
formation de nouvelles contraintes ou tensions
internes.
TEMPERATURE
air
Les températures
LE RECUIT
TEMPS
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Quelle température choisir pour un revenu si on
veux obtenir des caractéristiques mécaniques
précises

• Une fois que la formation de martensite est
  complète, la structure est très dure et très
  cassante. Pour arriver à un état intermédiaire où
  la résistance est encore élevée, mais la
  résilience et la ductilité sont augmentées, on
  conduit un traitement de revenu qui selon la
  température engendre les changements suivants

Pour connaître la température de revenu en
fonction des caractéristiques désirées, il faut
se référer à des abaques ou diagrammes. Il faut
choisir le diagramme en fonction de la matière
de la pièce.
Exemple ici le diagramme de revenu pour un acier
de composition 1.5 Cr
Plus la résistance mécanique R diminue, plus la
température de revenu est élevée. Par contre, la
ductilité et la résilience augmentent avec la
température.
On peux donc connaître avant de faire un revenu,
les caractéristiques mécaniques que la pièce
aura.
LE RECUIT
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Les traitements thermiques de masseLE RECUIT
Lintérêt deffectuer un recuit est de mettre
l acier dans une certaine structure pour
permettre l usinage ou la mise en forme par
déformation plastique ou de régénérer la
structure.
Le Recuit cycle thermique que subit la pièce,
consistant en un chauffage entre 700 et 1000,
puis d un maintien à température suivi d un
refroidissement lent.
TEMPERATURE
air
CARACTERISTIQUES
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Exemple de structures observées au microscope
avec un grossissement de x 500 sur un acier C40
contenant 0,40 de Carbone.
Etat Recuit on distingue des grains sombres
constitués de  PERLITE  et des grains clairs
constitués de  FERRITE 
Etat Trempé on distingue des aiguilles noires
sur un fond clair caractérisant la  MARTENSITE 
APPLICATION
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Application dune trempe
Exemple de Traitement Thermique pour une bride en
C40 5 de longueur 120mm, et d épaisseur
20mm. Caractéristique demandée Re700 à 800Mpa
20min
850
eau
Trempe
Commentaires Trempe a) chauffage à 850 pour
mettre l acier dans le réseau cristallin cubique
à face centrée correspondant au Fer g.
b) maintien pendant 20 minutes à 850 pour
dissoudre les carbures dans toute la masse de la
pièce. Les atomes de carbone de carbure se
dissocient et s insèrent au centre des mailles
du réseau du Fer g.
c) refroidissement rapide en plongeant la pièce
dans un bac d eau. Le réseau cristallin ( Fer g
) revient en Fer a de manière quasi instantanée,
tout en gardant les atomes de carbone en solution
forcée dans ce Fer a. Ce nouveau constituant est
appelé MARTENSITE.
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Application dun revenu
Caractéristique demandée Re700 à 800Mpa
20min
850
eau
1heure
550
air
Trempe
Revenu
a) chauffage à 550 pour atteindre la
température permettant l obtention des 800 à 900
Mpa.
b) maintien pendant 1 h à 550 pour libérer
toutes les tensions et garantir que la dureté à
cœur soit la même que celle en surface.
c) refroidissement lent pour éviter la formation
de nouvelles contraintes.