Qu'est-ce que le traitement thermique ? Processus, types et avantages expliqués

Le traitement thermique modifie le comportement d'un métal. Il améliore ses propriétés comme la dureté, la résistance et la flexibilité, ce qui prolonge la durée de vie et optimise l'efficacité des pièces. Ce procédé s'avère très utile dans divers secteurs, tels que l'automobile, l'aéronautique et l'outillage.

Qu'est-ce que le traitement thermique ?

Le traitement thermique est une méthode qui modifie la structure interne d'un métal par des cycles précis de chauffage et de refroidissement. Cela rend le métal soit plus résistant, soit plus souple et plus facile à façonner.

L'objectif principal du traitement thermique est d'améliorer la dureté et la résistance du métal. Il améliore également sa ductilité et sa résistance à la rouille. Ce procédé est utilisé depuis de nombreuses années. Les premiers forgerons utilisaient des procédés de chauffage et de refroidissement pour forger outils et épées. Aujourd'hui, les usines utilisent des équipements de haute technologie pour ce même procédé.

Comment fonctionne le traitement thermique : le processus de base

Ce processus suit trois étapes principales, et chacune doit être suivie correctement pour obtenir le meilleur résultat :

• Chauffage: Ici, le métal travaillé est chauffé à une certaine température. La température utilisée dépend du métal.
• Holding: Il s'agit de maintenir la pièce à la température définie pendant un certain temps, lui permettant de se répartir uniformément dans toute la pièce.
• Refroidissement: Le métal est ensuite refroidi de manière contrôlée, ce qui affecte la structure interne.

La vitesse de refroidissement influence également la dureté du métal. Un refroidissement rapide durcit considérablement la pièce, tandis qu'un refroidissement lent ramollit le métal. L'environnement de chauffage, qu'il s'agisse d'air, de vide, de bain de sel ou de gaz, a des fonctions différentes.

Les bains de sel assurent un chauffage uniforme des pièces métalliques, tandis qu'un espace sous vide permet d'éviter les réactions indésirables.

Types de procédés de traitement thermique

Recuit

Ce procédé permet d'adoucir les métaux, les rendant plus ductiles et plus faciles à travailler. Il élimine également les contraintes liées au façonnage ou à la découpe. Il est couramment utilisé pour la fabrication de tôles et d'outils.

Normalisation

Il s'agit d'un procédé généralement utilisé sur l'acier forgé ou moulé. Il confère au métal une structure granulaire uniforme, améliorant ainsi sa ténacité et sa stabilité. 

Durcissement

La trempe est utilisée pour améliorer la dureté superficielle du métal. La pièce est chauffée et refroidie rapidement, formant ainsi une structure dure appelée martensiteCette structure est généralement cassante, le processus est donc suivi d'un revenu.

Trempe

Ici, la fragilité de la pièce est réduite et sa ténacité est également améliorée. La pièce est réchauffée à une température plus basse et maintenue pendant un certain temps afin d'équilibrer sa résistance et sa flexibilité.

Trempe

Ici, le métal est refroidi très rapidement. Différents fluides peuvent être utilisés pour refroidir à différentes vitesses, comme l'eau, l'air ou l'huile. 

Cémentation (Céturation, nitruration)

Ce procédé durcit uniquement la surface de la pièce, mais l'intérieur reste mou. La cémentation ajoute du carbone à la surface du métal, tandis que la nitruration utilise de l'azote gazeux pour former une surface dure. Ces deux méthodes améliorent la résistance de la pièce à la rouille.

Traitement thermique de différents métaux

Acier

C'est le métal le plus couramment utilisé pour le traitement thermique. Sa teneur en carbone peut être ajustée pour modifier sa dureté ou sa ténacité. Différentes méthodes de chauffage et de refroidissement permettent de modifier sa structure.

Alliages d'aluminium

Le traitement thermique de l'aluminium peut s'avérer complexe. Sa température de fusion étant inférieure à celle de l'acier, la chaleur doit être soigneusement contrôlée. Le durcissement de l'aluminium s'effectue principalement par précipitation, ce qui améliore sa résistance.

Cuivre, titane et autres alliages

D'autres métaux et alliages peuvent également être traités thermiquement. Le cuivre est généralement adouci par recuit, tandis que d'autres alliages de cuivre peuvent être durcis. Le traitement thermique des alliages de titane doit être effectué avec précaution, car ils réagissent avec l'oxygène à chaud.

Avantages du traitement thermique

Ressources: AZom - Comment le traitement thermique modifie-t-il les propriétés de l'acier ?

Le traitement thermique des métaux présente de nombreux avantages, tels que :

• Le procédé améliore les propriétés mécaniques des métaux, leur permettant de durer beaucoup plus longtemps sous contrainte.
• Il facilite également le travail des métaux en les rendant plus mous grâce à des procédés comme le recuit. Les métaux durs conservent également leurs arêtes plus longtemps.
• Les pièces traitées thermiquement ont une meilleure résistance à l’usure et à la corrosion, ce qui est important pour les outils exposés à des environnements acides.
• Le procédé améliore également la stabilité dimensionnelle des pièces, ce qui soulage les contraintes internes et empêche la pièce de se déformer au fil du temps.

Équipement et technologie de traitement thermique

La plupart des usines utilisent des équipements et des outils spéciaux pour contrôler les processus de traitement thermique.

Fours

Différents types de fours sont utilisés dans le processus de traitement thermique. Les fours discontinus traitent une charge à la fois et sont particulièrement adaptés aux petites pièces. Les fours continus maintiennent les pièces en mouvement dans un long tunnel de chauffage et sont particulièrement adaptés aux travaux en grande série.

D'autre part, fours à vide Ils empêchent l'air de pénétrer pour éviter la rouille et tout dommage de surface. Ils sont principalement utilisés pour des travaux propres et de haute précision.

Trempe par induction et laser

La trempe par induction utilise des champs magnétiques pour chauffer rapidement la surface de la pièce. Elle est très efficace pour la fabrication d'arbres ou de dents d'engrenages. La trempe laser, quant à elle, fait de même, mais avec un faisceau très chaud et précis pour chauffer une petite zone.

Systèmes de contrôle

Ces systèmes de contrôle permettent de surveiller étroitement la température et le temps de cuisson. Ils garantissent que le métal reçoit le traitement adéquat pour le travail.

Applications courantes du traitement thermique

Automobile

De nombreuses pièces traitées thermiquement sont utilisées dans l'industrie automobile pour leur résistance. Parmi ces pièces, on trouve :

• Engrenages
• Vilebrequins
• Essieux

Ces pièces devaient être traitées thermiquement car elles supportaient généralement de lourdes charges. Sans ce traitement, elles s'usaient rapidement.

Aérospatial

Les pièces utilisées dans les avions sont généralement soumises à une chaleur et une pression élevées. Le traitement thermique est utilisé pour fabriquer des pièces telles que :

• Lames
• Train d'atterrissage
• Châssis d'avion

Outillage

Le traitement thermique est également important dans la fabrication de divers types d'outils. Parmi ceux-ci, on peut citer :

• Forets
• Meurt
• Moules

Ces pièces doivent conserver leur dureté sans être cassantes. Ce processus peut être réalisé grâce à des méthodes de chauffage et de refroidissement contrôlés.

Biens de consommation

La plupart des objets que nous utilisons au quotidien nécessitent une résistance et un contrôle de forme adéquats. Le traitement thermique est utilisé pour des objets tels que :

• Couteaux
• Ressorts
• Des vis

Choisir le bon procédé de traitement thermique

Le choix du processus adapté à votre travail dépend de différents facteurs.

Type de matériau et propriétés

Le type de métal que vous travaillez vous indique les options qui s'offrent à vous. La composition des alliages peut influencer la température et la vitesse de refroidissement. L'acier à haute teneur en carbone supporte bien le processus de durcissement, mais il faut être plus prudent avec l'aluminium.

Il est également nécessaire de prendre note des propriétés souhaitées, qu'il s'agisse de solidité ou de résistance à l'usure.

Consultation professionnelle

Si vous hésitez sur la marche à suivre, il est préférable de faire appel à un professionnel. Il comprend mieux le fonctionnement des métaux et vous évitera des erreurs et des pertes d'argent.

Conclusion

Chaque pièce que vous fabriquez dépend de la résistance du métal. Le traitement thermique vous permet de répondre aux exigences de résistance, de dureté et de flexibilité de votre projet. Si vous souhaitez vous lancer dès aujourd'hui, notre équipe est là pour vous aider.