Le traitement thermique a pour but d'améliorer les propriétés mécaniques des tubes en acier et des tubes en acier de précision, d'éliminer les contraintes résiduelles et d'améliorer l'usinabilité des métaux en acier. En fonction des objectifs spécifiques, les processus de traitement thermique peuvent être classés en deux grandes catégories : le traitement thermique préparatoire et le traitement thermique final.
Traitement thermique préparatoire
Le traitement thermique préparatoire a pour objectif d'améliorer l'ouvrabilité, d'éliminer les contraintes internes et de préparer une structure métallurgique favorable au traitement thermique final. Les processus impliqués comprennent le recuit, la normalisation, le vieillissement, la trempe et le revenu.
(1) Recuit et normalisation
Le recuit et la normalisation sont appliqués aux ébauches travaillées à chaud. Les aciers au carbone et les aciers alliés dont la teneur en carbone est supérieure à 0,5 % sont souvent recuits pour réduire leur dureté et faciliter la coupe. À l'inverse, ceux dont la teneur en carbone est inférieure à 0,5 % subissent une normalisation pour éviter une souplesse excessive qui peut entraîner le blocage de l'outil pendant la coupe. Le recuit et la normalisation affinent également les structures granulaires, homogénéisent les microstructures et préparent le matériau pour les traitements thermiques ultérieurs. Ces processus sont généralement effectués après la fabrication des ébauches et avant l'usinage grossier.
(2) Traitement du vieillissement
Le traitement de vieillissement est principalement utilisé pour éliminer les contraintes internes générées lors de la fabrication et de l'usinage des pièces brutes. Pour les pièces nécessitant une précision générale, un seul traitement de vieillissement avant la finition est suffisant pour éviter un transport excessif. Cependant, pour les pièces nécessitant une précision plus élevée (comme le boîtier d'une aléseuse à coordonnées), deux ou plusieurs traitements de vieillissement peuvent être nécessaires. Les pièces simples ne nécessitent généralement pas de traitement de vieillissement.
Outre les pièces moulées, les pièces de précision peu rigides (par exemple, les vis-mères de précision) subissent souvent plusieurs traitements de vieillissement entre l'usinage d'ébauche et l'usinage semi-fini pour éliminer les contraintes internes et stabiliser la précision de l'usinage. Certaines pièces axiales nécessitent également un traitement de vieillissement après le redressement.
(3) Trempe et revenu
La trempe et le revenu impliquent une trempe suivie d'un revenu à haute température. Ce procédé produit une structure de sorbite trempée uniforme et à grains fins, préparant le matériau à une déformation réduite lors de la trempe et de la nitruration de surface ultérieures. Ainsi, la trempe et le revenu peuvent également servir de traitement thermique préparatoire.
En raison de ses excellentes propriétés mécaniques globales, la trempe et le revenu peuvent également être utilisés comme traitement thermique final pour les pièces ayant des exigences modérées en matière de dureté et de résistance à l'usure.
Traitement thermique final
L’objectif du traitement thermique final est d’améliorer les propriétés mécaniques telles que la dureté, la résistance à l’usure et la résistance.
(1) Trempe
La trempe peut être superficielle ou par trempe. La trempe superficielle est largement utilisée en raison de la déformation, de l'oxydation et de la décarburation minimales. Elle offre une résistance externe élevée, une bonne résistance à l'usure et maintient une bonne ténacité interne et une bonne résistance aux chocs. Pour améliorer les propriétés mécaniques des pièces trempées en surface, des traitements thermiques préparatoires tels que la trempe et le revenu ou la normalisation sont souvent effectués au préalable. Le flux de processus typique est le suivant : découpe → forgeage → normalisation (ou recuit) → usinage grossier → trempe et revenu → usinage semi-fini → trempe superficielle → usinage de finition.
(2) Cémentation et trempe
La cémentation et la trempe conviennent aux aciers à faible teneur en carbone et à faible alliage. Ce procédé augmente la teneur en carbone de la surface de la pièce, ce qui se traduit par une dureté de surface élevée après trempe, tandis que le noyau conserve une résistance modérée, une ténacité élevée et une plasticité. La cémentation peut être totale ou partielle, cette dernière nécessitant des mesures anti-carburation (par exemple, un placage au cuivre ou des revêtements anti-carburation) pour les zones non cémentées. En raison d'une déformation importante et d'une profondeur de cémentation généralement comprise entre 0,5 et 2 mm, le processus de cémentation est généralement programmé entre l'usinage de semi-finition et l'usinage de finition.
Le déroulement typique du processus est le suivant : découpe → forgeage → normalisation → usinage grossier et semi-fini → cémentation et trempe → usinage de finition.
Lorsque la partie non carburée d'une pièce partiellement carburée est agrandie pour permettre l'élimination des couches carburées en excès, cette étape d'élimination doit avoir lieu après la cémentation mais avant la trempe.
(3) Nitruration
La nitruration consiste à infiltrer des atomes d'azote dans la surface métallique pour former une couche de composés azotés. La couche nitrurée améliore la dureté de surface de la pièce, sa résistance à l'usure, à la fatigue et à la corrosion. Étant donné que la nitruration fonctionne à basse température avec une déformation minimale et produit une couche mince (généralement pas plus de 0.6-0.7mm), le processus de nitruration doit être programmé le plus tard possible. Pour minimiser la déformation pendant la nitruration, un revenu à haute température de détente des contraintes est généralement effectué après la découpe.
