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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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INTRODUCTION
Les opérations de traitement thermiques sont destinées à modifier les
caractéristiques des matériaux métalliques.
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
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
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INTRODUCTION
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
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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b- Le Fer
TRANSFORMATIONS MÉTALLURGIQUES
Température (°C)
1518°
1401°
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
906°
Fer α : Maille cubique centrée
=>Haute resistance mais faible ductilité
Tambiante
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c- L’alliage Fer-Carbone
Température (°C)
Fer γ
1518°
C
1401°
C
C
Limite d’absorption
Acier Bas Carbone 0.02 %C
Limite
Acier
/ Acier eutectique
Fonte(perlite)Fonte Blanche
C Eutectique
( Lédéburite ) 4.3%C C
Fer α
C
Ferrite Perlite
Cémentite
906°
600°
%C
0.008
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0.83
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6.67
6
d- Le diagramme fer-carbone
Température (°C)
1518°
Liquide
1401°
γ +Liquide
Liquide+ Fe3C
Austénite γ
1148°
Ferrite α
906°
Austénite γ + Cémentite
A3
723°
Ligne A1
Ferrite α + Cémentite (Fe3C)
600°
%C
0.008
1
0.83
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3
4
5
6
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6.67
Les 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 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 thermiques
Déroulement sur courbe:
Fer γ
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Les 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
grad T
_ au refroidissement: changement de structure
=> risques de contraintes en surface
_ réactions avec l’atmosphère:
décarburation et formation d’oxydes
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Les 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 :
Ressorts
engrenages/pignons arbrés
Roulements à billes
Arbres
Lames
Outils de coupe
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. 16
Exemple/variante :
Carburation d’engrenages
Application de Carbostop C4 EW
Appliquer 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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Conclusion :
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.
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