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Améliorer la résistance à l'usure de l'acier inoxydable

L’acier inoxydable présente une résistance désormais mondialement connue face à la corrosion. Matériau “antirouille” par excellence, il peut se révéler cependant assez fragile face à l’usure mécanique,au grippage et aux frottements. Plusieurs traitements thermiques et dépôts sous vide, développés depuis des années, permettent heureusement de compenser ces lacunes. Pour choisir la solution de résistance à l’usure de l’acier inoxydable la mieux adaptée, il convient cependant de bien analyser le type d’acier à travailler ainsi que le milieu dans lequel il est amené à travailler.

Les besoins spécifiques de l’acier inoxydable

L’acier constitue avant tout un alliage de fer et de carbone. Pour devenir inoxydable, celui-ci doit également afficher, dans sa composition, plus de 12 % de chrome. Célèbre pour son exceptionnelle résistance à la corrosion,  l’acier inoxydable présente néanmoins des faiblesses naturelles. En effet, ce matériau possède une assez mauvaise résistance mécanique aux frottements et à l’usure, il paraît donc indispensable de prévoir des traitements thermiques et thermochimiques afin de le rendre plus performant. Plusieurs techniques existent aujourd’hui pour y parvenir, le choix de la solution à privilégier dépend avant tout du type d’acier inoxydable à traiter ainsi que des propriétés sur lesquelles on souhaite agir.

Différentes familles d’aciers inoxydables

Le terme d’acier inoxydable se révèle assez trompeur car ce type de matériau se décline, en réalité, en différentes familles. On distingue notamment l’acier inoxydable martensitique, à durcissement structural, ferritique, austénitique, austéno-ferritique et l’acier inoxydable  duplex. Le traitement thermique ou thermochimique à appliquer varie donc en fonction de ce facteur mais aussi de l’utilisation finale du matériau et des propriétés qu’il doit présenter. 

Il convient également de réfléchir au milieu dans lequel la pièce est amenée à évoluer car tous les aciers inoxydables n’ont pas la même résistance à la corrosion selon environnement : certains peuvent “rouiller” au contact de l’air ambiant, d’autres, à celui de l’eau de mer… Pour sélectionner le bon traitement à appliquer à une pièce en acier inoxydable, il semble donc nécessaire de se poser deux questions : de quel type d’acier inoxydable s’agit-il et dans quel milieu sera t-il utilisé ?

Quel traitement thermochimique pour quel type d’acier ?

On dénombre, de nos jours, une multitude de traitements thermiques (et dépôts sous vide) adaptés aux différents aciers inoxydables : trempe et revenu, cémentation basse pression,nitruration,dépôt sous vide… Pour choisir la solution la mieux adaptée, il demeure indispensable de bien connaître le matériau à traiter et de rédiger un cahier des charges précis.

Acier martensitique et acier à durcissement structural

Beaucoup de traitements thermiques conviennent à l’acier inoxydable martensitique. Pour améliorer sa résistance mécanique, par exemple, il est possible de lui appliquer la technique de la trempe et du revenu. Cette méthode génère la fabrication de martensite et peut renforcer à la fois la surface de la pièce, dans le cas d’une trempe superficielle par induction, mais aussi agir dans la masse. Cette possibilité se révèle précieuse pour certaines pièces dotées de roulements ou vis à billes, par exemple, où seules des zones bien définies ont besoin d’être traitées sans que l’intérieur se voie fragilisé. Cette solution améliore à la fois la résistance mécanique de la pièce et sa capacité à se préserver dans certains cas de la corrosion (pour cela il faut éviter la précipitation de carbures lors du traitement thermique). Elle s’adapte aussi parfaitement à l’acier à durcissement structural, lorsque celui-ci a besoin d’être durci. Il est egalement possible de traiter la pièce dans la masse par une trempe et revenu sou vide. C'est par exemple le cas de certains moules d’injection plastique.

Pour renforcer les pièces en acier martensitique en surface, il demeure également possible de recourir à la nitruration, qui consiste à diffuser de l’azote sur la couche extérieure.Dans ce cas il faut s’assurer de la compatibilité des températures de revenu et nitruration.De même, la cémentation basse pression, où l’on diffuse cette fois-ci du carbone sur la couche superficielle de l’acier, peut tout à fait convenir dans plusieurs cas de figure. Ce procédé confère une plus grande dureté à la pièce en surface et lui attribue une meilleure résistance à l’usure.

Acier ferritique

L’acier inoxydable ferritique ne possède qu’un seul constituant, la ferrite. Il s’agit donc d’un cas très particulier qui ne tolère pas les traitements comme la trempe et le revenu. Dans ce cas de figure, les solutions appliquées uniquement à la surface des pièces comme  la nitruration à haute température, comme notre traitement Thermi SNT, apparaissent comme les mieux adaptées. En effet, la diffusion d’azote dans la couche superficielle des pièces permet de la durcir sans altérer la résistance globale du matériau face à la corrosion.

Acier austénitique et austéno-ferritique

Ce type d’acier inoxydable fait partie des plus utilisés dans le monde et s’emploie notamment beaucoup dans l’industrie agroalimentaire ou automobine. Pour améliorer sa résistance à l’usure, Thermi-Lyon a développé la technologie Thermi SP, un traitement de diffusion qui confère à l’acier austénitique une meilleure résistance à l’usure et aux frottements sans dégrader sa résistance naturelle à la corrosion. Dans certaines situations, si le matériau peut subir une légère perte de résistance à la corrosion, un traitement par nitruration peut aussi convenir aux pièces en acier austénitique.

De manière générale, tous les aciers inoxydables précédemment cités peuvent subir des traitements de dépôts sous vide PVD ou DLC. Ces techniques se déroulent dans des environnements à basse température et restent des traitements de surface,de quelques microns d’épaisseur. Elles ne peuvent donc pas forcément suffire en cas de besoin d’un traitement dans la masse ou en sous-couche mais assurent une protection suffisante au niveau de la couche superficielle.

Il existe plusieurs familles d’aciers inoxydables. Chacune présente des particularités et tolère plus ou moins bien certains traitements thermiques, c’est pourquoi, avant de sélectionner une solution pour améliorer telle ou telle propriété, il convient de bien déterminer la famille du matériau à traiter. En fonction de l’environnement dans lequel la pièce va travailler, certaines solutions se révèlent également plus adaptées que d’autres. Le plus avisé reste de faire confiance à un expert objectif comme Thermi-Lyon, maîtrisant toutes les technologies actuellement disponibles.