Execution des traitements de recuit 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Lorsqu’une nuance d’acier a été choisie, il convient d’établir avec soin la gamme des traitements thermiques en tenant compte des paramètres susceptibles d’influer sur le résultat final du traitement :

 

-          température de chauffage

-          temps de chauffage

-          mode d’enfournement ( four froid ou chaud )

-          constitution de la charge

-          loi de montée en température

 

A)    Température et temps de chauffage :

 

Ces deux premiers facteurs sont indissociables, en effet une augmentation de température entraînera toujours une diminution du temps de maintien et inversement compte tenu des phénoménes de diffusion et d’agitation thermique.

 

Au premier abord, on aurait donc interet à choisir la température maximum compatible avec le four dont on dispose, mais d’autres inconvénients apparaissent très vite : altération de la surface des pièces ( oxydation, carburation, ou décarburation ), grossissement excessif du grain d’austénite. Il conviendra donc de rechercher un compromis entre ces deux impératifs.

 

Dans le cas de recuits préliminaires à une opération de trempe, il est indispensable de connaître pour chaque type d’acier la température critique à partir de laquelle le grain d’austénite commence à grossir de manière sensible. La dimension du grain est désignée par un numéro d’ordre ou indice de grosseur établi selon la norme NF A 04-102 , plus l’indice est élevé, plus le grain est fin.

 

Indice G

1

2

3

4

5

6

7

8

Nombre de grains au mm2

16

32

64

128

256

512

1024

2048

 

            On admet que les indices de 1 à 5 sont pour les aciers à gros grains , seuls les indices 6, 7 et 8 conviennent pour une trempe ultérieure correcte.

 

B)    Temps de maintien en température :

 

Comme les lois de la diffusion l’ont démontré, les éléments les plus ségrégés s’homogénéisent plus vite, à cause des gradients de concentration importants, d’autre pa           rt la diffusion progresse plus lentement après quelques heures de maintien à température.

 

En règle générale, le temps de maintien devra tenir compte du délai nécessaire à la mise en solution des divers éléments en présence, dans l’austénite, et pour son homogénéisation.

 

Si pour le carbone, les temps necessaires sont de l’ordre de la seconde au voisinage du point de transformation ( et dix fois moins pour une température ) qui lui serait supérieure de 100°C, pour les éléments d’alliage, il faudra des temps d’autant plus longs que les carbures à décomposer seront plus stables ( Cr, Mo, V, … ).

 

Une mise en solution homogène pour les aciers alliés dans l’austénite, nécessite des temps de maintien de l’ordre d’une heure.

 

C)    Mode d’enfournement :

 

La méthode d’enfournement aura surtout une influence sur les déformations et les risques de tapures. En règle générale, on a toujours intérêt à éviter les chocs thermiques, et ceci d’autant plus que l’acier sera sujet à rupture par suite de contraintes provoquées par des différences de dilatation entre deux points chauffés inégalement, c’est le cas en particulier des aciers à haute teneur en carbone et des aciers à hautes teneurs en éléments d’alliages.

 

On rencontrera ces inconvénients sur des pièces présentant un tracé inadéquat avec en particulier de fortes variations d’épaisseur, ces pièces entraînant des déformations sensibles et des risques de crique à chaud.

 

Lors d’un enfournement en four chaud, on équilibrera les charges, en en disposant ces pièces au centre du lot, pour limiter les inconvénients d’une surchauffe locale trop rapide sur les parties minces.

Dans le cas d’enfournement de pièces à l’unité ou de petites quantités, on protégera les parties minces avec un enduit réfractaire ( Silice + Silicate de soude ).

 

On réservera l’enfournement en four chaud pour les pièces de forge ou de fonderie, ou des pièces peu déformables.

 

D)    Loi de montée en température :

 

Pour certains aciers, la montée en température se pratique par paliers successifs pour éviter les tensions génératrices de criques et également pour permettre une meilleure répartition des carbures.

 

Pour les aciers ayant une tendance au grossissement du grain austénitique, on aura intérêt à marquer un palier légèrement avant la température critique de grossissement.

 

Ormis ces cas spéciaux, il sera toujours souhaitable de pratiquer une montée en température progressive et graduelle si le four le permet, sinon on peut disposer d’une batterie de fours maintenus à différentes températures avec lesquels on pratiquera des paliers successifs élevant progressivement la température des pièces à la température de maintien.

 

On cite fréquemment le chiffre d’une heure pour 25 mm d’épaisseur de pièce, mais pour éviter des incidents, il convient d’étalonner son four lors de la mise en route, avec des charges de pièces d’épaisseurs et de tonnage variables, on place les sondes pyromètriques à différents endroits de la charge ( cœur, surface,..) et on enregistre les montées en températures sur un potentiomètre en fonction du temps. Les courbes établies seront un excellent moyen de base pour établir les cycles de traitements ultérieurs.

 

E)    Décarburation :

 

La calamine qui se forme sur les pièces au cours d’un recuit sans précaution, en atmosphère oxydante est très gênante pour un traitement de trempe ultérieur. La zone superficielle des pièces est décarburée et nuira ainsi à la réalisation d’un durcissement superficiel, d’autre part la calamine formera une gaine « isolante » à l’encontre du fluide de refroidissement, neutralisant très sensiblement les effets de la trempe. Il conviendra donc de protéger les pièces si on ne dispose pas de four à atmosphère contrôlée, par application d’enduits, emballage dans des copeaux de fonte, dans du sable, avec addition de poudre de coke ou de charbon de bois.

 

La neutralisation des effets de ségrégations mineures s’obtient en maintenant le métal dans le domaine austénitique à une température aussi élevée que possible de façon à accélérer la diffusion des éléments en présence. On sait en effet que plus la température est élevée, plus la vitesse de diffusion devient importante. Toutefois on se heurte alors à un inconvénient majeure : le grossissement du grain austénitique ; ce qui n’est pas souhaitable.

Il faudra donc pour chaque nuance d’acier choisir un compromis entre ces deux impératifs.

Dans la majorité des cas deux considérations interviennent :

 

-          La température de chauffage ne doit pas approcher le solidus réel, car il y aurait fusion partielle, notamment aux joins de grains. L’alliage serait dit « brûlé ».

-          Le chauffage à température trop élevée entraîne la surchauffe du grain, ce qui est nuisible à tous égards.

 

Pratiquement ce type de recuit se fait à une température de A3+200°C. Généralement une température voisine de 900°C reste trop faible et il faut viser 1000°C.

 

Toutefois, il ne faut pas oublier un point essentiel en diffusion dans les aciers :

Les températures d’auto-diffusion et leur vitesse, notamment pour le fer et les éléments qui y sont dissous, sont pour une température donnée, 100 à 1000 fois plus grande dans le fer α que dans le fer γ austénitique. Ainsi l’homogénéisation par recuit de diffusion est à peu prés aussi rapide en phase alpha entre 700 et 750° C qu’en phase gamma à 1000° C.

L’élimination des structures de laminage, demandera de 2 à 5 heures selon l’état initial, dans certains cas, le recuit devra se prolonger à plus de 50 heures.

 

Il est à noter que l’état « naturel » ou brut de laminage peut entraîner des différences importantes de caractéristiques d’un profilé à l’autre ( de même analyse ), les opérations de formage synchronisées aux effets de refroidissement sont différentes d’une aciérie à une autre, ce qui entraîne des différences de structure sensibles.

D’autre part les hétérogénéités chimiques du lingot sont peu atténuées par le laminage.

 

Les opérations de laminage provoquent une déformation du grain qui se trouve sous forme de « bandes », cette structure fortement hétérogène va créer des barrières de diffusion limitant considérablement la diffusion du carbone en particulier.

 

Les propriétés mécaniques de cette structure deviendront fortement anisotropes, selon que l’on considère :

-          le sens du laminage

-          le sens de la largeur

-          le sens de l’épaisseur

 

 

Tout traitement thermique envisageant une amélioration des caractéristiques de l’acier de façon globale devra passer au préalable par un recuit d’homogénéisation afin de permettre une bonne diffusion et une multiplication des grains, dont les joints restent les lieux privilégiés des mouvements de diffusion ( notamment dans le cas de cémentation, ou les structures destinées à la trempe )