Observation et mesure de métal usiné par traitement thermique au microscope numérique

Qu’est-ce que le traitement thermique ?

L’association japonaise des techniques de traitement thermique du métal définit le traitement thermique comme suit : procédé consistant à monter le métal en température jusqu’à son rougeoiement, puis à le refroidir. Le traitement thermique est qualifié de technique de métallurgie améliorant les propriétés par montée en température puis refroidissement du métal sans en altérer la forme. Il s’agit d’un procédé de métallurgie, à l’instar de la découpe et de l’élastoformage, qui modifie des propriétés telles que la solidité, la dureté, la ténacité, la résistance aux impacts, la résistance à l’usure, la résistance à la corrosion, les propriétés d’usinage et la malléabilité à froid.

Méthodes de traitement thermique classiques

Trempe

Ce traitement thermique a pour but de renforcer la dureté des aciers. La plupart des aciers rougeoient à une température d’environ 700°C. Leurs structures cristallines et leurs propriétés commencent alors à changer. Cette modification des propriétés est appelée transformation et la température à laquelle le changement commence est appelée température de transformation. La trempe est un procédé de traitement thermique qui transforme les cristaux de ferrite en cristaux d’austénite, permettant une plus grande dissolution du carbone (solution solide) à une température excédant la température de transformation, puis refroidit rapidement ces cristaux à l’aide d’eau ou d’huile pour les transformer en cristaux à haute dureté appelés martensites.

Recuisson

Ce traitement thermique a pour objectif d’ajuster la taille de grain d’un acier pour le rendre plus malléable. Le métal est chauffé à une température d’environ 50°C au-dessus de la température de transformation. Après maintien à cette température pendant environ une heure, le métal est refroidi lentement dans le four. Ce traitement permet de faciliter la découpe lors des procédés de métallurgie ultérieurs.

Normalisation

Ce traitement thermique modifie les structures irrégulières de l’acier pour le préparer à la découpe et au formage à la presse. Lorsqu’ils sont chauffés à une température d’environ 50°C au-dessus de la température de transformation, puis refroidis à l’air libre, les grains cristallins rétrécissent et durcissent.

Revenu

Ce traitement thermique a pour but de réduire la dureté des aciers trempés ou normalisés et d’augmenter leur ténacité. L’acier est chauffé à une température d’environ 500°C, puis refroidi. Ce procédé augmente la dureté et la résilience de l’acier. Le revenu est un traitement thermique qui restaure la ténacité (solidité) en retransformant la structure martensitique en une structure constituée de fins précipités de ferrite et de cémentite.

Principes de trempe et de revenu

Le fer à température ambiante suit une structure lamellaire cubique centrée où les atomes sont situés dans chaque coin et au centre du cube.
Après la trempe, la structure lamellaire devient cubique à faces centrées et les atomes sont alors situés dans chaque coin et au centre des faces du cube. Dans cette structure, le carbone devient soluble.
Un refroidissement rapide permet au fer de restaurer sa structure lamellaire cubique centrée. Toutefois, le carbone reste alors piégé, entraînant une déformation et un durcissement de la structure.

Trempe

Revenu