Traitement thermique de normalisation : processus, avantages et applications expliqués

La normalisation est un traitement thermique des métaux utilisé pour affiner la structure du grain. Elle est généralement effectuée après qu'un autre procédé de fabrication a réduit la ductilité. 

Que vous soyez métallurgiste expérimenté ou étudiant, poursuivez votre lecture. Ce guide vous dévoile les avantages de la normalisation. Nous abordons les principaux paramètres de normalisation et donnons des exemples d'appareils en acier normalisés. 

Comment fonctionne le processus de normalisation

La normalisation est effectuée après des techniques de fabrication telles que l'emboutissage ou le moulage. En effet, les métaux trempés présentent généralement une ductilité réduite. 

La normalisation transforme la structure cristalline de votre métal en un état ductile, améliorant ainsi sa ténacité et sa fragilité. Par conséquent, les aciers et alliages de nickel normalisés sont plus faciles à usiner que leurs homologues non traités. La normalisation prévient également les défaillances en réduisant les contraintes résiduelles.

Maintenant que vous connaissez le but de la normalisation, il est temps de couvrir les paramètres clés de la normalisation.

Chauffage

Pour effectuer la normalisation, chauffez votre métal à sa température critique supérieure. La récupération commence à cette étape, car les défauts de la microstructure sont affinés. Cela entraîne une réduction progressive des contraintes accumulées lors des autres processus de fabrication. 

Si vous normalisez vous-même des aciers, le principal défi consiste à obtenir un chauffage uniforme de l'ensemble de la pièce. Un chauffage irrégulier produit un métal aux propriétés irrégulières, qui se traduisent ultérieurement par des défauts d'usinage ou de service.  

Temps de trempage

Une fois l'acier suffisamment chauffé, l'étape suivante consiste à le maintenir à la température de recristallisation pendant une durée prédéterminée. Durant ce maintien, les propriétés mécaniques changent. Plus le maintien est long, plus ses propriétés se modifient.

Lorsque le point de recristallisation est atteint, la bainite et les carbures se dissipent du métal. De nouveaux grains austénitiques se forment, absorbant les dislocations, joints de grains et défauts existants. Ces grains sont plus petits que les grains ferritiques précédents. Pour plus de détails, consultez le guide sur la structure des métaux d'ingénierie.

Refroidissement 

La dernière étape de la normalisation est la croissance des grains. Cette croissance est contrôlée par le refroidissement du métal chauffé à l'air libre jusqu'à ce qu'il atteigne la température ambiante. Les grains nouvellement formés, dont nous venons de parler, évoluent et mûrissent pleinement, produisant un métal résistant et ductile.

Lors du refroidissement, il est important de surveiller attentivement la vitesse de refroidissement. Plus le refroidissement est lent, plus le métal sera résistant. De même, plus le refroidissement est rapide, plus le métal sera dur.  

Quels métaux peuvent être normalisés ?

La normalisation peut être effectuée sur plusieurs types de métaux, notamment :

• alliages de fer
• Alliages de nickel
• Aluminium 
• Cuivre 
• Laiton 

Effets sur les propriétés des matériaux

Dans cette section, vous découvrirez l’effet de la normalisation sur les propriétés de l’acier. 

Améliorations microstructurales

Lorsque l'acier est chauffé pendant la normalisation, sa microstructure se transforme en austénite. Après refroidissement à l'air libre, l'austénite se transforme en ferrite et en perlite, dont les grains sont uniformes. Comparés à l'acier non traité ou refroidi lentement, les grains sont plus petits et plus réguliers.  

Propriétés mécaniques

La normalisation améliore la ténacité des aciers en modifiant la structure du grain. Vos appareils résisteront ainsi à des forces plus importantes sans se fracturer. Les aciers normalisés offrent également de meilleures performances sous des contraintes répétées, ce qui est important pour les arbres, les engrenages et les pièces soudées soumis à de fortes contraintes.

Normalisation vs. Recuit

Dans cette section, vous découvrirez la différence entre la normalisation et le recuit. 

Différences de refroidissement :

Une différence majeure entre le recuit et la normalisation réside dans la vitesse de refroidissement. Lors de la normalisation, le matériau est refroidi à l'air libre afin d'obtenir une structure à grains fins et résistants. En revanche, la pièce est lentement refroidie dans le four pendant le recuit. Il en résulte une microstructure à grains grossiers et un métal très ductile et tendre. 

Propriétés résultantes :

Grâce à sa vitesse de refroidissement plus lente, l'acier recuit est plus tendre et plus ductile. Il constitue donc un choix idéal pour le formage et l'usinage CNC à grande vitesse. En comparaison, l'acier normalisé est plus dur et plus résistant que son homologue recuit. Il trouve donc une application dans les industries exigeant une résistance exceptionnelle. 

Coût et efficacité :

En raison du temps de cuisson plus long, le recuit est plus coûteux que la normalisation. De plus, il nécessite davantage d'énergie pour atteindre et maintenir des températures élevées. Pour plus de détails, consultez le guide sur le recuit.

Si vous débutez en métallurgie, il est facile de confondre normalisation et recuit. Après tout, ces procédés semblent identiques. Chauffez le métal au-dessus du point critique, maintenez-le pendant un temps donné, puis refroidissez-le pour obtenir les propriétés souhaitées.  

La différence réside dans l'objectif recherché. Si vous devez affiner la structure de votre acier pour en améliorer les performances, la normalisation est la solution. En revanche, si vous devez adoucir votre métal avant l'usinage ou le travail à froid, le recuit est la meilleure option. 

Pourquoi utiliser la normalisation ? Principaux avantages

La normalisation du traitement thermique offre aux métallurgistes les avantages suivants :

• Soulagement des contraintes résiduelles : Lors de la normalisation, les défauts de soudage, de trempe, etc. commencent à se dissiper. Il en résulte une structure cristalline exempte de contraintes résiduelles. 
• Ductilité accrue : Étant donné que la normalisation conduit à des structures de grains uniformes, elle contribue à rendre les métaux plus ductiles. 
• Usinabilité améliorée : Grâce à la normalisation, vous pouvez modifier votre métal pour le rendre plus usinable et formable. 

Applications et industries typiques

Vous trouverez ci-dessous les applications et les industries typiques dans lesquelles la normalisation est couramment utilisée. 

• Automobile: Si vous travaillez dans l'automobile, vous pouvez normaliser les emboutissages en acier ferritique pour réduire la dureté acquise lors du formage. 
• Écrouissage:Vous pouvez effectuer une normalisation pour améliorer la fragilité de l'acier au carbone après laminage à froid. 
• NucléaireLa normalisation s'avère utile dans l'industrie nucléaire. Les fabricants effectuent la normalisation des alliages de nickel pour inverser les modifications de la microstructure causées par le soudage. 

Tableau comparatif récapitulatif

Les différences entre le recuit, la normalisation et la trempe sont présentées dans le tableau ci-dessous. 

Conclusion

En conclusion, les métaux sont généralement normalisés après un autre procédé de fabrication, par exemple la trempe, qui a réduit leur ductilité. C'est l'une des méthodes permettant d'éliminer les contraintes résiduelles et d'améliorer la ductilité des métaux. Vous ne savez pas par où commencer ? HDCMfg est heureux de vous aider pour toute question technique.