Le but du traitement thermique de l'acier au carbone est de modifier les propriétés mécaniques de l'acier, généralement la ductilité, la dureté, la limite d'élasticité ou la résistance aux chocs. A noter que les conductivités électrique et thermique ne sont que légèrement altérées. Comme pour la plupart des techniques de renforcement de l'acier, le module d'Young (élasticité) n'est pas affecté. Tous les traitements de l’acier échangent la ductilité pour une résistance accrue et vice versa. Le fer a une solubilité plus élevée pour le carbone dans la phase austénitique ; par conséquent, tous les traitements thermiques, à l'exception de la sphéroïdisation et du recuit de procédé, commencent par chauffer l'acier à une température à laquelle la phase austénitique peut exister. L'acier est ensuite trempé (étirage thermique) à un rythme élevé, provoquant la précipitation de la cémentite et enfin la solidification du fer pur restant. La vitesse à laquelle l'acier est refroidi à travers la température eutectoïde affecte la vitesse à laquelle le carbone se diffuse hors de l'austénite et forme de la cémentite. D'une manière générale, un refroidissement rapide laissera le carbure de fer finement dispersé et produira une perlite à grain fin (jusqu'à ce que la température critique de la martensite soit atteinte) et un refroidissement lent donnera une perlite plus grossière. Le refroidissement d'un acier hypoeutectoïde (moins de 0,77 % en poids C) entraîne une structure lamellaire-perlitique de couches de carbure de fer avecα-ferrite (fer pur) entre. S'il s'agit d'acier hypereutectoïde (plus de 0,77 % en poids de C), alors la structure est entièrement en perlite avec de petits grains (plus gros que la lamelle de perlite) de cémentite dispersés partout. Les quantités relatives de constituants sont déterminées à l'aide de la règle du levier. Voici une liste des types de traitements thermiques possibles :
·Sphéroïdisation : la sphéroïdite se forme lorsque l'acier au carbone est chauffé à environ 700 °C.°C pendant plus de 30 heures. La sphéroïdite peut se former à des températures plus basses, mais le temps nécessaire augmente considérablement, car il s'agit d'un processus contrôlé par diffusion. Le résultat est une structure de bâtonnets ou de sphères de cémentite au sein d'une structure primaire (ferrite ou perlite, selon le côté de l'eutecoïde sur lequel vous vous trouvez). Le but est d’adoucir les aciers à plus haute teneur en carbone et de permettre une plus grande formabilité. Il s’agit de la forme d’acier la plus douce et la plus ductile. L'image de droite montre où la sphéroïdisation se produit habituellement.
Recuit complet : l'acier au carbone est chauffé à environ 40 °C.°C au-dessus de Ac3 ? ou ACM ? pendant 1 heure ; cela garantit que toute la ferrite se transforme en austénite (bien que la cémentite puisse encore exister si la teneur en carbone est supérieure à l'eutecoïde). L'acier doit ensuite être refroidi lentement, de l'ordre de 20°C (36°F) par heure. Habituellement, il s'agit simplement d'un four refroidi, où le four est éteint avec l'acier toujours à l'intérieur. Il en résulte une structure perlitique grossière, ce qui signifie que les « bandes » de perlite sont épaisses. L'acier entièrement recuit est doux et ductile, sans contraintes internes, ce qui est souvent nécessaire pour un formage rentable. Seul l'acier sphéroïdisé est plus doux et plus ductile.
·Recuit de procédé : processus utilisé pour soulager les contraintes dans un acier au carbone écroui à moins de 0,3 % en poids de C. L'acier est généralement chauffé jusqu'à 550 °C.–650°C pendant 1 heure, mais parfois des températures pouvant atteindre 700°C. L'image de droite [clarification nécessaire] montre la zone où se produit le processus de recuit.
Recuit isotherme : Il s'agit d'un processus dans lequel l'acier hypoeutectoïde est chauffé au-dessus de la température critique supérieure et cette température est maintenue pendant un certain temps, puis la température est abaissée en dessous de la température critique inférieure et est à nouveau maintenue. Puis enfin il est refroidi à température ambiante. Cette méthode supprime tout gradient de température.
Normalisation : L'acier au carbone est chauffé à environ 55°C au-dessus de Ac3 ou Acm pendant 1 heure ; cela garantit que l'acier se transforme complètement en austénite. L'acier est ensuite refroidi à l'air, soit une vitesse de refroidissement d'environ 38°C (100°F) par minute. Il en résulte une structure perlitique fine et une structure plus uniforme. L'acier normalisé a une résistance supérieure à celle de l'acier recuit ; il a une résistance et une dureté relativement élevées.
Trempe : l'acier au carbone contenant au moins 0,4 % en poids de C est chauffé à des températures de normalisation, puis rapidement refroidi (trempé) dans de l'eau, de la saumure ou de l'huile jusqu'à la température critique. La température critique dépend de la teneur en carbone, mais en règle générale elle diminue à mesure que la teneur en carbone augmente. Il en résulte une structure martensitique ; une forme d'acier qui possède une teneur en carbone sursaturée dans une structure cristalline cubique déformée centrée sur le corps (BCC), proprement appelée tétragonale centrée sur le corps (BCT), avec beaucoup de contraintes internes. Ainsi, l'acier trempé est extrêmement dur mais cassant, généralement trop fragile pour des raisons pratiques. Ces contraintes internes provoquent des fissures de contrainte en surface. L'acier trempé est environ trois à quatre fois (avec plus de carbone) plus dur que l'acier normalisé.
Martempering (Martrempering) : Le Martempering n'est pas réellement une procédure de trempe, d'où le terme « marquenching ». Il s'agit d'une forme de traitement thermique isotherme appliqué après une trempe initiale, généralement dans un bain de sels fondus à une température juste au-dessus de la « température de départ de la martensite ». A cette température, les contraintes résiduelles au sein du matériau sont relâchées et de la bainite peut se former à partir de l'austénite retenue qui n'a pas eu le temps de se transformer en autre chose. Dans l'industrie, il s'agit d'un procédé utilisé pour contrôler la ductilité et la dureté d'un matériau. Avec un marquage plus long, la ductilité augmente avec une perte de résistance minimale ; l'acier est maintenu dans cette solution jusqu'à ce que les températures intérieure et extérieure s'égalisent. Ensuite, l'acier est refroidi à une vitesse modérée pour maintenir le gradient de température au minimum. Non seulement ce processus réduit les contraintes internes et les fissures de contrainte, mais il augmente également la résistance aux chocs.
Trempe et revenu : Il s'agit du traitement thermique le plus courant, car les propriétés finales peuvent être déterminées avec précision par la température et la durée du revenu. La trempe consiste à réchauffer l'acier trempé à une température inférieure à la température eutectoïde, puis à le refroidir. La température élevée permet la formation de très petites quantités de sphéroïdite, ce qui restaure la ductilité, mais réduit la dureté. Les températures et durées réelles sont soigneusement choisies pour chaque composition.
Trempe aus : Le processus de trempe aus est le même que le trempage martre, sauf que l'acier est maintenu dans le bain de sels fondus jusqu'aux températures de transformation bainitique, puis modérément refroidi. L'acier bainitique obtenu présente une plus grande ductilité, une plus grande résistance aux chocs et moins de distorsion. L’inconvénient de la trempe austable est qu’elle ne peut être utilisée que sur quelques aciers et qu’elle nécessite un bain de sel spécial.
Heure de publication : 01 novembre 2019