LES RECUITS :

 

 

Parmi les traitements thermiques, les recuits sont des traitements fondamentaux, car ils déterminent très souvent l’état initial de l’alliage qui sera ultérieurement soumis à d’autres traitements d’amélioration.

 

On a coutume de définir les recuits comme traitements réduisant la dureté ou modifiant la structure de grains de l’acier, mais en fait cette définition demeure très incomplète, et il est nécessaire de préciser le but visé, afin de fixer les paramètres caractéristiques de l’état initial avant recuit et de la structure à obtenir.

 

Dans la pratique industrielle, un recuit se définit essentiellement par deux points principaux :

-          La température de chauffage.

-          La durée du traitement.

 

En fait il ne faut pas négliger deux autres éléments d’importance qui sont :

-          La vitesse de chauffage.

-          La vitesse de refroidissement.

 

Avec toutes les précautions que ces deux facteurs englobent, en particulier lors du passage des points de transformation eutectoïdes qui doivent être l’objet de soins attentifs.

 

Il existe une classification technique des différents recuits, en fonction des objectifs visés, mais il convient de reconnaître que le gradient de température utilisé gravite autour des lignes A1 et A3 du diagramme ci-dessous, il faut convenir également qu’un certain recuit peut remédier à plusieurs défauts à la fois, donc englober plusieurs objectifs.

 

 

 

 

 

 

 

 

Une autre classification ne qualifiant plus l’objectif mais le processus utilisé est également en usage, on parlera de recuit isotherme, de recuit contrôlé avec refroidissement continu, de recuit à basse température.

 

I ) Cycle thermique:

 

-          Un chauffage jusqu’a une température dite « température de recuit »

-          Un maintient isotherme à cette température déterminée, maintient de durée variable ou, en variante, des oscillations autour de cette température.

-          Un refroidissement généralement lent, de toute façon, refroidissement à une vitesse inférieure à la première vitesse critique de trempe, le plus souvent à l’air ou dans le four, parfois dans le sable.

 

II ) Processus de recuit :

 

a)      Recuit contrôlé avec refroidissement continu :

 

Il consiste en un chauffage au-dessus de A1 ( voir diagramme ), suivi d’un refroidissement contrôlé en dessous de A1.

Ce contrôle est effectué par un appareil thermostatique régulateur, programmé à une vitesse de x degrés à l’heure.

On obtient par ce traitement des microstructures ou des duretés particulières.

 

b)     Recuits à basse température :

 

Ce type de traitement est surtout destiné aux aciers dont on souhaite un adoucissement par coalescence de la perlite, ce traitement détruit également l’écrouissage, enfin il peut  contribuer à la détente dans certaines pièces coulées ou mécano-soudées.

 

c)      Recuits isothermes :

 

Le recuit isotherme consiste à austénitiser l’acier, puis à la faire transformer aussi complètement que possible dans la zone perlitique.

Le type de perlite formé est fortement influencé par la température d’austénitisation. Les basses températures austénitiques favorisent la formation de perlite globulaire, par contre les températures plus élevées produisent une perlite lamellaire.

La perlite globulaire est souhaitable pour les opérations ultérieures de formage à froid et le tournage, par contre la structure lamellaire est préférable pour le fraisage, le brochage et le perçage.

 

III ) Différents types de recuit :

 

En pratique, on distingue quatre types élémentaires de recuits :

 

-          Le recuit d’adoucissement

-          Le recuit de normalisation

-          Le recuit de détente

-          Le recuit de diffusion.

 

Il existe des nuances même de ces types de recuits, ce qui fait que l’on rencontrera d’autres dénominations.

Ces quatre familles étant déterminées en fonction des bandes de températures qu’elles recouvrent sur le diagramme d’équilibre ( voir graphique ci-dessus ).

 

A)    Le recuit d’adoucissement :

 

Ce recuit s’effectue soit sur des pièces trempées pour faciliter leur usinage ( chauffage à A1+80 ) avec maintien 15 à 20 minutes, le refroidissement intervenant lentement à l’air ( ou au four ), c’est le recuit intégral, généralement, si poussé assez loin, ce recuit entraîne le retour à la structure d’origine.

 

Une deuxième variante de ce recuit se nomme « recuit de coalescence » conduisant à la structure globulaire des carbures dans une matrice ferritique ( voir ci-dessous ).

 

 

 

 

 

 

C’est souvent le cas le plus fréquent du recuit d’adoucissement. La façon la plus simple d’effectuer ce recuit est de maintenir les pièces quelques heures juste au-dessous de A1 ou en oscillant autour de cette ligne de température. Cette dernière méthode est plus rapide mais elle implique un ensemble pièces/four présentant une faible inertie thermique, afin que les fluctuations de températures puissent être assez fréquentes. Le refroidissement se fait ensuite à l’air.

Ce recuit d’adoucissement par coalescence de la perlite donne un acier présentant une meilleure aptitude à la déformation par pliage, laminage à froid, estampage, et dans le cas des aciers à plus de 0.5% de carbone la meilleure usinabilité à la scie, à la fraise, au tour,..

Pour les aciers à plus faible teneur en carbone, le recuit est défavorable à ce genre d’usinage, parce que les copeaux se détachent mal, ce qui donne des surfaces usinées rugueuses, il est préférable de conserver une structure perlitique normale ( lamellaire ) pour ces aciers.

 

Cette structure n’est pas souhaitable avant trempe, car elle retarde la mise en solution de la cémentite dans l’austénite.

 

B)    Le recuit de normalisation :

 

Ce type de recuit est utilisé principalement pour les aciers eutectoïdes et hypoeutectoïdes. Il consiste en un chauffage au-dessus de A3 suivi d’un refroidissement à vitesse bien définie.

 

Ce recuit ( appelé également perlitisation ) à pour objectif de produire une structure perlitique à grains fins régulièrement repartis, ce qui, pour un acier perlitique, correspond aux propriétés mécaniques optimales. Par cette opération, on élimine les hétérogénéités mécaniques et cristallographiques provenant des structures brutes de coulée très grossières ou éventuellement de laminage ( Voir ci-dessous ).

 

Structure brute de coulée

 
 


Grains de perlite

 

Grains de ferrite

 

Joints de grains de ferrite

 

Grains

de

Perlite

 

 

 

 

La normalisation comprend en fait deux recristallisations :

-          Transformation de la ferrite et de la perlite en austénite.

-          Puis transformation, avec une répartition différente de l’austénite en perlite et ferrite. Chaque transformation entraînant une recristallisation et un affinage du grain.

Les deux allures : chauffe et refroidissement, additionnant leur effet d’affinage. Ce processus produit un nombre accru de petits grains de ferrite et de perlite.

 

 

L’affinage du grain dépend dans une large mesure des vitesses de chauffe et de refroidissement. Il ne faut pas non plus maintenir trop longtemps les pièces au-dessus de A3, ni dépasser beaucoup A3, cette situation entraînant dans les deux cas un gonflement du grain d’austénite, ce qui est l’opposé du but recherché.

Les vitesses de chauffage et de refroidissement sont importantes, plus elles sont grandes, plus le grain est fin.

Il ne faut pas tomber dans l’excès et éviter l’apparition des phénomènes de trempe.

On obtient l’affinage maximal du grain par trempe dans un bain de métal ou des sels fondus et maintenus à une température juste inférieure à A1 ( recuit isotherme ).

Ces opérations peuvent être répétées plusieurs fois, les effets d’affinage s’additionneront ( en particulier lorsqu’on dispose au départ d’une structure très grossière ).

 

            Dans le cas des aciers hypereutectoïdes, l’objectif est plus délicat, car il convient cette fois de briser le réseau de cémentite, plus stable que les constituants hypoeutectoïdes. On procède d’abord par un recuit intermédiaire aux environs de Acm, suivi par des normalisations répétées pour améliorer l’homogénéisation du grain ( recuit de régénération ).

            Pour les aciers doux ce recuit de normalisation remplace souvent le recuit d’adoucissement, cette structure permet un meilleur fini et des vitesses de coupe supérieures.

 

            Cet état dit normalisé est un état de référence en ce qui concerne l’état marchand des aciers, il est recommandé de partir de cet état avant d’établir des comparaisons entre aciers, nous avons vu que la mise en forme des aciers marchands s’accompagne d’effets perturbant considérablement les structures ( laminage, écrouissage, hétérogénéités diverses entre cœur et surface,..) d’autre part c’est un excellent état de référence avant d’établir une gamme de traitement thermique, c’est une garantie sérieuse pour la réussite de l’opération.

 

            On peut admettre que ce recuit de normalisation, par rapport à l’état de laminage, entraîne une amélioration de 10 à 25% sur l’allongement et de 2 à 5daN/mm2 sur la résistance à la traction.

 

 

C)    Le recuit de détente :

 

En fait si l’on tient compte des températures pour qualifier les recuits , on peut considérer le recuit de détente comme un revenu à hautes températures , en effet tout les traitements de ce groupe sont effectués à des températures inférieures à A1. Ils ont surtout pour but de supprimer les contraintes internes provenant de la solidification des pièces du refroidissement, des déformations à froid, de la mécano-soudure, et également de certains traitements thermiques.

 

Ces types de recuits ne sont pas uniquement destinés à l’acier mais aussi pour les fontes moulées en particulier.

 

Les températures sont très variables selon la nature de l’état d’origine de même que les temps de maintien. Les contraintes sont sont décroissantes du temps et de la température et ne disparaissent entièrement qu’au moment où la pièce atteint la température de recristallisation de la ferrite.

 

Ce recuit n’est pas lié directement avec les points de transformation , il a une action plus physique et mécanique.

 

Cette opération visant à supprimer les contraintes résiduelles est également nommée relaxation. Ce recuit peut être effectué en plusieurs phases alternées avec des opérations d’usinage.

 

D)    recuit de diffusion :

 

Egalement nommé recuit d’homogénéisation , son objectif est de détruire les hétérogénéités chimiques des alliages produites au cours de la solidification. On l’applique également sur des aciers laminés à chaud afin de neutraliser simultanément les hétérogénéités chimiques et mécaniques souvent, dans ce cas, le traitement se prolonge par une recristallisation provenant du maintien prolongé à températures élevées.

 

Une variante appliquant le même principe de diffusion, est le recuit de cémentation. Bien que l’aboutissement de la cémentation soit un phénomène de durcissement , la première phase de l’opération se fait dans les conditions de recuit sur le plan températures avec en plus la présence d’un milieu recarburant.

 

 

 

MnS allongés

 

 

 

 

 

Cristallisation régulière

 

Perlite allongée